JP7568621B2 - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本開示は、半導体装置、及び半導体装置の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device.
携帯電話などの携帯通信端末のフロントエンドには、高周波(Radio Frequency:RF)の電気信号を取り扱う高周波スイッチ(RF-SW)が搭載されている。 The front end of mobile communication terminals such as mobile phones is equipped with a radio frequency switch (RF-SW) that handles radio frequency (RF) electrical signals.
このような高周波スイッチでは、通過する電気信号の損失を低減するために、オン状態の電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor:FET)の抵抗(オン抵抗とも称される)、及びオフ状態のFETの容量(オフ容量とも称される)を下げることが望まれている。すなわち、高周波スイッチでは、オン抵抗とオフ容量との積(Ron*Coff)を低減することが望まれており、様々な検討が行われている(例えば、特許文献1参照)。In such high-frequency switches, in order to reduce the loss of electrical signals passing through them, it is desirable to reduce the resistance of the field effect transistor (FET) in the on-state (also called on-resistance) and the capacitance of the FET in the off-state (also called off-capacitance). In other words, in high-frequency switches, it is desirable to reduce the product of the on-resistance and the off-capacitance (Ron*Coff), and various studies are being conducted (see, for example, Patent Document 1).
したがって、高周波スイッチに用いられる電界効果トランジスタなどの半導体装置において、オン抵抗とオフ容量との積を低減することが望まれている。Therefore, it is desirable to reduce the product of on-resistance and off-capacitance in semiconductor devices such as field-effect transistors used in high-frequency switches.
よって、オフ容量をより低減することが可能な半導体装置、及び半導体装置の製造方法が提供されることが望ましい。Therefore, it is desirable to provide a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device that can further reduce the off-capacitance.
本開示の一実施形態に係る半導体装置は、ゲート電極と、前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を有する半導体層と、前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の上にそれぞれ設けられたコンタクトプラグと、前記コンタクトプラグの各々の上に積層された第1メタルと、前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第1低誘電率領域と、前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第2低誘電率領域とを備え、前記第2低誘電率領域は、前記第1低誘電率領域が設けられる平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に設けられるものである。A semiconductor device according to one embodiment of the present disclosure comprises a gate electrode, a semiconductor layer having a source region and a drain region with the gate electrode between them, contact plugs respectively provided on the source region and the drain region, a first metal layered on each of the contact plugs, a first low dielectric constant region provided between each of the first metals in the in-plane direction of the semiconductor layer and in at least any region below the lower surface of the first metal in the stacking direction of the semiconductor layer, and a second low dielectric constant region provided between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and in at least any region below the first low dielectric constant region in the stacking direction, the second low dielectric constant region being provided in a planar region at least partially different from the planar region in which the first low dielectric constant region is provided.
本開示の一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体層の上面側にゲート電極を形成する工程と、前記半導体層に、前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を形成する工程と、前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の各々の上にコンタクトプラグを形成する工程と、前記コンタクトプラグの各々の上に第1メタルを積層する工程と、前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に第1低誘電率領域を形成する工程と、前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に第2低誘電率領域を形成する工程とを含み、前記第1低誘電率領域が形成される平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に前記第2低誘電率領域を形成するものである。A method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present disclosure includes the steps of forming a gate electrode on an upper surface side of a semiconductor layer, forming a source region and a drain region in the semiconductor layer with the gate electrode between them, forming contact plugs on each of the source region and the drain region, stacking a first metal on each of the contact plugs, forming a first low dielectric constant region between each of the first metals in the in-plane direction of the semiconductor layer and in at least any region below the lower surface of the first metal in the stacking direction of the semiconductor layer, and forming a second low dielectric constant region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and in at least any region below the first low dielectric constant region in the stacking direction, and the second low dielectric constant region is formed in a planar region at least partially different from the planar region in which the first low dielectric constant region is formed.
本開示の一実施形態に係る半導体装置、及び半導体装置の製造方法によれば、前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に第1低誘電率領域と、前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に第2低誘電率領域とを設けることで、コンタクトプラグとゲート電極との間の空間の誘電率を低下させることができる。According to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present disclosure, a first low dielectric constant region is provided between each of the first metals in the in-plane direction of the semiconductor layer and in at least any region below the lower surface of the first metal in the stacking direction of the semiconductor layer, and a second low dielectric constant region is provided between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and in at least any region below the first low dielectric constant region in the stacking direction, thereby reducing the dielectric constant of the space between the contact plug and the gate electrode.
以下、本開示における実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下で説明する実施形態は本開示の一具体例であって、本開示にかかる技術が以下の態様に限定されるものではない。また、本開示の各図に示す各構成要素の配置、寸法、及び寸法比等についても、各図に示すものに限定されるものではない。 Below, an embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The embodiment described below is a specific example of the present disclosure, and the technology of the present disclosure is not limited to the following aspects. Furthermore, the arrangement, dimensions, and dimensional ratios of each component shown in each figure of the present disclosure are not limited to those shown in each figure.
なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施形態
1.1.高周波スイッチの構成
1.2.半導体装置の構成
1.3.半導体装置の製造方法
2.第2の実施形態
3.第3の実施形態
4.第4の実施形態
5.第5の実施形態
6.第6の実施形態
7.第7の実施形態
8.適用例
The explanation will be given in the following order.
1. First embodiment 1.1. Configuration of high frequency switch 1.2. Configuration of semiconductor device 1.3. Manufacturing method of
<1.第1の実施形態>
(1.1.高周波スイッチの構成)
まず、図1~図5を参照して、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置を含む高周波スイッチの構成について説明する。図1は、入出力ポート数が1対10である高周波スイッチの構成を示した模式図であり、図2は、入出力ポート数が1対1である高周波スイッチの構成を示した模式図である。
1. First embodiment
(1.1. Configuration of High Frequency Switch)
First, the configuration of a high-frequency switch including a semiconductor device according to a first embodiment of the present disclosure will be described with reference to Figures 1 to 5. Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of a high-frequency switch having a 1:10 ratio of input/output ports, and Figure 2 is a schematic diagram showing the configuration of a high-frequency switch having a 1:1 ratio of input/output ports.
高周波スイッチは、主として無線周波数(Radio Frequency:RF)帯域の信号処理に用いられる電子部品である。高周波スイッチは、例えば、携帯電話等の携帯情報端末のフロントエンド等に用いられる。高周波スイッチは、入出力のポート数によって、SPST(Single Pole Single Throw:単極単投)、SPDT(Single Pole Double Throw:単極双投)、SP3T、・・・SPNT(Nは実数)などの様々な構成を取ることができる。 A radio frequency switch is an electronic component used primarily for signal processing in the radio frequency (RF) band. Radio frequency switches are used, for example, in the front ends of mobile information terminals such as mobile phones. Depending on the number of input and output ports, radio frequency switches can have a variety of configurations, such as SPST (Single Pole Single Throw), SPDT (Single Pole Double Throw), SP3T, ... SPNT (N is a real number).
例えば、図1に示す高周波スイッチ1は、SP10Tスイッチの一例である。SP10Tスイッチである高周波スイッチ1は、例えば、アンテナANTに接続された1つの極と、10個の接点とを備え、10個の接点の内から接続する接点を制御することができる。また、図2に示す高周波スイッチ1Aは、SPSTスイッチの一例である。SPSTスイッチである高周波スイッチ1Aは、例えば、アンテナANTに接続された1つの極と、1個の接点とを備え、1個の接点のオン又はオフを制御することができる。For example, the
なお、高周波スイッチは、図1及び図2で示した構成以外の構成を取ることも可能である。具体的には、高周波スイッチは、図2で示したSPSTスイッチの回路を組み合わせることで、多様な構成を取ることができる。 The high frequency switch can have a configuration other than that shown in Figures 1 and 2. Specifically, the high frequency switch can have a variety of configurations by combining the SPST switch circuits shown in Figure 2.
続いて、図2に示す高周波スイッチ1Aの等価回路を図3~図5に示す。図3は、図2に示す高周波スイッチ1Aの等価回路を示す回路図である。図4は、図2に示す高周波スイッチ1Aがオン状態の場合の等価回路を示す回路図であり、図5は、図2に示す高周波スイッチ1Aがオフ状態の場合の等価回路を示す回路図である。 Next, the equivalent circuit of the high frequency switch 1A shown in Fig. 2 is shown in Fig. 3 to Fig. 5. Fig. 3 is a circuit diagram showing the equivalent circuit of the high frequency switch 1A shown in Fig. 2. Fig. 4 is a circuit diagram showing the equivalent circuit when the high frequency switch 1A shown in Fig. 2 is in the on state, and Fig. 5 is a circuit diagram showing the equivalent circuit when the high frequency switch 1A shown in Fig. 2 is in the off state.
図3に示すように、SPSTである高周波スイッチ1Aは、例えば、アンテナANTに接続された第1ポートPort1と、出力側の第2ポートPort2と、第1スイッチング素子FET1と、第2スイッチング素子FET2とを備える。第1スイッチング素子FET1は、第1ポートPort1とグランドとの間に設けられており、第2スイッチング素子FET2は、第1ポートPort1と第2ポートPort2との間に設けられている。3, the high frequency switch 1A, which is an SPST, includes, for example, a first port Port1 connected to an antenna ANT, a second port Port2 on the output side, a first switching element FET1, and a second switching element FET2. The first switching element FET1 is provided between the first port Port1 and ground, and the second switching element FET2 is provided between the first port Port1 and the second port Port2.
このような高周波スイッチ1Aは、抵抗を介して、第1スイッチング素子FET1、及び第2スイッチング素子FET2のゲートにコントロール電圧Vc1、Vc2を印加することにより、スイッチのオン状態又はオフ状態を制御することができる。Such a high-frequency switch 1A can control the on/off state of the switch by applying control voltages Vc1 and Vc2 to the gates of the first switching element FET1 and the second switching element FET2 via a resistor.
高周波スイッチ1Aがオン状態の時には、図4に示すように、第2スイッチング素子FET2が導通状態となり、第1スイッチング素子FET1が非導通状態となる。また、高周波スイッチ1Aがオフ状態の時には、図5に示すように、第1スイッチング素子FET1が導通状態となり、第2スイッチング素子FET2が非導通状態となるWhen the high frequency switch 1A is in the on state, the second switching element FET2 is in a conductive state and the first switching element FET1 is in a non-conductive state, as shown in Fig. 4. When the high frequency switch 1A is in the off state, the first switching element FET1 is in a conductive state and the second switching element FET2 is in a non-conductive state, as shown in Fig. 5.
第1スイッチング素子FET1、及び第2スイッチング素子FET2は、導通状態では抵抗と等価となり、非導通状態ではキャパシタと等価となる。そのため、第1スイッチング素子FET1、及び第2スイッチング素子FET2には、導通状態ではオン抵抗と呼ばれる抵抗が発生し、非導通状態ではオフ容量と呼ばれる容量が発生する。The first switching element FET1 and the second switching element FET2 are equivalent to a resistor in the conductive state and are equivalent to a capacitor in the non-conductive state. Therefore, the first switching element FET1 and the second switching element FET2 have a resistance called an on-resistance in the conductive state and a capacitance called an off-capacitance in the non-conductive state.
ここで、第1スイッチング素子FET1、及び第2スイッチング素子FET2のオン抵抗、及びオフ容量は、電界効果トランジスタにおける単位長あたりのRon[Ωmm]、及びCoff[fF/mm]と、電界効果トランジスタのゲート幅Wg1,Wg2[mm]とを用いて、それぞれRon/Wg1、Ron/Wg2、Coff*Wg1、Coff*Wg2と表すことができる。すなわち、電界効果トランジスタにおいて、オン抵抗はゲート幅Wg1,Wg2に反比例し、オフ容量はゲート幅Wg1,Wg2に比例する。 Here, the on-resistance and off-capacitance of the first switching element FET1 and the second switching element FET2 can be expressed as Ron/ Wg1 , Ron/Wg2, Coff*Wg1, and Coff* Wg2 , respectively, using Ron [Ωmm] and Coff [fF/mm] per unit length of the field effect transistor and gate widths Wg1 and Wg2 [mm] of the field effect transistor. That is, in the field effect transistor, the on-resistance is inversely proportional to the gate widths Wg1 and Wg2 , and the off-capacitance is proportional to the gate widths Wg1 and Wg2 .
したがって、電界効果トランジスタにおいて、オン抵抗による損失を低減するためにゲート幅Wgを大きくした場合、オフ容量による損失が大きくなってしまう。また、電界効果トランジスタのオン抵抗は信号の周波数に依存しないが、オフ容量は信号の周波数が高くなると増大する。そのため、高周波信号を扱う高周波スイッチでは、オフ容量による損失がさらに大きくなってしまう。Therefore, if the gate width Wg of a field effect transistor is increased to reduce losses due to on-resistance, losses due to off-capacitance will increase. Also, while the on-resistance of a field effect transistor does not depend on the signal frequency, the off-capacitance increases as the signal frequency increases. Therefore, in high-frequency switches that handle high-frequency signals, losses due to off-capacitance will be even greater.
そのため、高周波スイッチに用いられる電界効果トランジスタを低損失化するためには、単位長あたりのRon、及びCoffを共に小さくすること、すなわち、Ron*Coff(積)を小さくすることが重要となる。Therefore, in order to reduce loss in field effect transistors used in high frequency switches, it is important to reduce both Ron and Coff per unit length, i.e., to reduce the product Ron * Coff.
本開示に係る技術は、上記事情を鑑みてなされたものである。本開示に係る技術は、電界効果トランジスタ等の半導体装置の寄生容量を低減することで、電界効果トランジスタにおけるオン抵抗、及びオフ容量を低減するものである。本開示に係る技術は、高周波信号を扱う電子機器に備えられる高周波スイッチなどに好適に用いられ得る。The technology disclosed herein has been made in consideration of the above circumstances. The technology disclosed herein reduces the on-resistance and off-capacitance of a field-effect transistor or other semiconductor device by reducing the parasitic capacitance of the semiconductor device. The technology disclosed herein can be suitably used in high-frequency switches provided in electronic devices that handle high-frequency signals.
(1.2.半導体装置の構成)
次に、図6及び図7を参照して、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図6は、本実施形態に係る半導体装置の全体構成を示す平面図である。
(1.2. Configuration of Semiconductor Device)
Next, the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 6 and Fig. 7. Fig. 6 is a plan view showing the overall configuration of the semiconductor device according to the present embodiment.
図6に示すように、本実施形態に係る半導体装置10は、例えば、図示しない半導体層の上に設けられたゲート電極20と、ソース電極30Sと、ドレイン電極30Dとを備える。なお、図6では、ゲート電極20に斜線を付した。As shown in Fig. 6, the
半導体装置10は、例えば、図3で示した高周波スイッチ1Aが備える第1スイッチング素子FET1、又は第2スイッチング素子FET2を構成する高周波デバイス用の電界効果トランジスタである。The
ゲート電極20は、一方向に延伸された複数のフィンガー部21と、複数のフィンガー部21を互いに連結する連結部22とを有するマルチフィンガー構造で設けられる。高周波スイッチに用いられる電界効果トランジスタのゲート幅Wgは、低損失化を図るために、ロジック回路などに用いられる電界効果トランジスタと比較して大きく、例えば、数百μm~数mmである。また、フィンガー部21の長さ(フィンガー長)L21は、例えば、数十μmである。なお、連結部22は、図示しないゲートコンタクトに接続される。The
以下の説明では、ゲート電極20のフィンガー部21が延伸する方向をY方向とする。また、Y方向と直交し、連結部22が延伸する方向をX方向とする。さらに、X方向、及びY方向の両方と直交する方向(すなわち、図示しない半導体層の面に垂直な方向)をZ方向とする。In the following description, the direction in which the
ソース電極30Sは、ゲート電極20と同様に、一方向(例えば、Y方向)に延伸されたフィンガー部31Sと、複数のフィンガー部31Sを連結し、図示しないソースコンタクトに接続される連結部32Sとを有する。Similar to the
ドレイン電極30Dは、ゲート電極20と同様に、一方向(例えば、Y方向)に延伸されたフィンガー部31Dと、複数のフィンガー部31Dを連結し、図示しないドレインコンタクトに接続される連結部32Dとを有する。Similar to the
ゲート電極20のフィンガー部21、ソース電極30Sのフィンガー部31S、及びドレイン電極30Dのフィンガー部31Dは、導電型不純物が導入されることで活性化されたアクティブ領域AAの内側に配置される。具体的には、ソース電極30Sのフィンガー部31S、及びドレイン電極30Dのフィンガー部31Dは、ゲート電極20のフィンガー部21の各々の間に交互に配置される。一方、ゲート電極20の連結部22、ソース電極30Sの連結部32S、及びドレイン電極30Dの連結部32Dは、アクティブ領域AAの外側に設けられた素子分離領域(図示せず)に配置される。The
続いて、図7を参照して、本実施形態に係る半導体装置10の断面構成について説明する。図7は、図6のVII-VII線における断面構成を示す縦断面図である。図7では、ゲート電極20のフィンガー部21の1つと、フィンガー部21の両側に配置されたソース電極30Sのフィンガー部31S、及びドレイン電極30Dのフィンガー部31Dとを含む断面構成を示している。Next, the cross-sectional configuration of the
図7に示すように、半導体装置10は、例えば、上述したゲート電極20と、半導体層50と、コンタクトプラグ60S,60Dと、上述したソース電極30S、及びドレイン電極30Dを含む第1メタルM1と、第1低誘電率領域70と、第2低誘電率領域71とを備える。As shown in FIG. 7, the
ゲート電極20は、半導体層50の上に、ゲート絶縁膜23を介して設けられる。ゲート電極20は、例えば、100nm~200nmの厚さのポリシリコンにて構成され得る。ゲート絶縁膜23は、例えば、5nm~15nmの厚さの酸化シリコン(SiOx)にて構成され得る。
The
半導体層50は、例えば、シリコン(Si)等の半導体にて構成され得る。半導体層50には、ゲート電極20を挟んで両側に、第1導電型(n+)シリコンにて構成されるソース領域50S、及びドレイン領域50Dが設けられる。また、ソース領域50S、及びドレイン領域50Dの表面側には、コンタクトプラグ60S,60Dとの接続のために、より高濃度の第1導電型(n++)シリコン、又はシリサイドにて構成される低抵抗領域51S,51Dが設けられる。さらに、ソース領域50Sとゲート電極20との間、及びドレイン領域50Dとゲート電極20との間には、低濃度の第1導電型(n-)シリコンにて構成されるエクステンション領域52S,52Dが設けられる。The
ここで、半導体層50は、例えば、埋め込み酸化膜54を介して、支持基板53の上に設けられる。支持基板53は、例えば、高抵抗シリコン(Si)基板にて構成され、埋め込み酸化膜54は、例えば、酸化シリコン(SiOx)にて構成され得る。すなわち、支持基板53、埋め込み酸化膜54、及び半導体層50は、いわゆるSOI(Silicon On Insulator)基板55を構成することができる。
Here, the
上記では、SOI基板55の支持基板53が高抵抗シリコン基板である場合について説明したが、本開示に係る技術は上記例示に限定されない。支持基板53は、サファイア基板であってもよい。このような場合、SOI基板55は、いわゆるSOS(Silicon On Sapphire)基板を構成することができる。サファイア基板は絶縁性を有するので、SOS基板上に形成された電界効果トランジスタは、GaAsなどの化合物系の電界効果トランジスタにより近い特性を示すことになる。また、本開示に係る技術は、支持基板53がSOI基板、又はSOS基板である場合に限られず、支持基板53がバルクのシリコン基板である場合にも同様に適用可能である。In the above, the case where the
コンタクトプラグ60S,60Dは、ソース領域50S、及びドレイン領域50Dの表面の低抵抗領域51S,51Dの上に設けられる。コンタクトプラグ60S,60Dは、例えば、半導体層50側から、チタン(Ti)層、窒化チタン(TiN)層、及びタングステン(W)層を順に積層することで構成され得る。なお、チタン層は、コンタクトプラグ60S,60Dと、下層の低抵抗領域51S,51Dと間の接触抵抗を低減するために設けられる。また、窒化チタン層は、半導体層50からタングステン層へのシリコン等の拡散を抑制するバリアメタルとして設けられる。The contact plugs 60S, 60D are provided on the
第1メタルM1は、例えば、コンタクトプラグ60Sの上に設けられたソース電極30Sと、コンタクトプラグ60Dの上に設けられたドレイン電極30Dとを含む。第1メタルM1は、例えば、500nm~1000nmの厚さのアルミニウム(Al)にて構成され得る。The first metal M1 includes, for example, a
第1低誘電率領域70は、例えば、半導体層50のXY面内方向において第1メタルM1の各々の間、かつ半導体層50のZ積層方向において第1メタルM1の下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられる。具体的には、第1低誘電率領域70は、半導体層50のXY面内方向においてソース電極30S、及びドレイン電極30Dの間、かつ半導体層50のZ積層方向において第1メタルM1の下面よりも下方であり、ゲート電極20の上方の領域に設けられる。The first low dielectric
また、第1低誘電率領域70は、Z積層方向において、上述した領域よりもさらに上方の領域まで連続して設けられてもよい。具体的には、第1低誘電率領域70は、半導体層50のXY面内方向において第1メタルM1の各々の間、かつZ積層方向において第1メタルM1の下面と上面との間の領域にさらに設けられてもよい。また、1低誘電率領域70は、半導体層50のXY面内方向において第1メタルM1の各々の間、かつZ積層方向において第1メタルM1の上面よりも上方の領域にさらに設けられてもよい。
The first low dielectric
第2低誘電率領域71は、半導体層50のXY面内方向においてコンタクトプラグ60S,60Dの各々と、ゲート電極20との間、かつ半導体層50のZ積層方向において第1低誘電率領域70よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられる。具体的には、第2低誘電率領域71は、半導体層50のXY面内方向においてゲート電極20の両側面の側方に設けられる。なお、第2低誘電率領域71は、第1低誘電率領域70と連続して設けられてもよく、第1低誘電率領域70と離隔して設けられてもよい。The second low dielectric
第2低誘電率領域71の少なくとも一部は、半導体層50を積層方向Zから平面視した際に、第1低誘電率領域70が設けられた領域と異なる領域に設けられる。具体的には、第2低誘電率領域71の少なくとも一部は、半導体層50のXY面内方向において、第1低誘電率領域70が設けられた領域の外周の領域に設けられる。これによれば、半導体装置10は、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71をより複雑な形状にて構成することができる。At least a portion of the second low dielectric
ここで、図8を参照して、電界効果トランジスタのオフ容量について説明する。図8は、一般的な電界効果トランジスタ11のオフ容量を要素ごとに分けて模式的に示した縦断面図である。図8では、図7にて示す半導体装置10の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付した。Here, the off capacitance of a field effect transistor will be described with reference to Figure 8. Figure 8 is a vertical cross-sectional view showing the off capacitance of a typical
図8に示すように、一般的な構造の電界効果トランジスタ11のオフ容量には、ソース領域50S、及びドレイン領域50D、並びにSOI基板55等に生じる内部(intrinsic)成分Cinと、ゲート電極20、コンタクトプラグ60S,60D、及び第1メタルM1等に生じる外部(extrinsic)成分Cexとが含まれる。As shown in FIG. 8, the off-capacitance of a field-
例えば、内部成分Cinは、ソース領域50S又はドレイン領域50Dと支持基板53との間に生じる容量Cssub,Cdsub、ソース領域50S又はドレイン領域50Dとゲート電極20との間に生じる容量Csg,Cdg、ソース領域50Sとドレイン領域50Dとの間に生じる容量Cds、及びソース領域50S又はドレイン領域50Dと半導体層50の下部(ボディ)との間に生じる容量Csb,Cdbなどである。For example, the internal component Cin includes capacitances Cssub, Cdsub occurring between the
例えば、外部成分Cexは、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D又は第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1などである。For example, the external component Cex may be a capacitance CgM between the
これらのオフ容量を低減するためには、特に、外部成分Cexを低減することが有効である。本実施形態に係る半導体装置10は、上述した領域に、周囲の領域よりも比誘電率が低い第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71を設けることにより、ゲート電極20、コンタクトプラグ60S,60D、及び第1メタルM1の間に生じるオフ容量の外部成分Cexを低減することができる。したがって、半導体装置10は、より効果的に外部成分Cexを低減することで、オン抵抗とオフ容量との積(Ron*Coff)を低減することができる。これによれば、高周波スイッチに適用された半導体装置10は、高周波スイッチをさらに低損失化することが可能である。In order to reduce these off capacitances, it is particularly effective to reduce the external component Cex. The
ここで、図7に示す半導体装置10と、図9に示す比較例に係る半導体装置12とについて、オフ容量の外部成分Cexの大きさをシミュレーションした結果を図10に示す。Here, Figure 10 shows the results of simulating the magnitude of the external component Cex of off-capacitance for the
図9は、比較例に係る半導体装置12の断面構成を示す縦断面図である。図9に示すように、比較例に係る半導体装置12は、本実施形態に係る半導体装置10と比較して、半導体層50のXY面内方向においてコンタクトプラグ60S,60Dの各々と、ゲート電極20との間、かつ半導体層50のZ積層方向において第1低誘電率領域70よりも下方に第2低誘電率領域が設けられていない点が異なる。すなわち、比較例に係る半導体装置12は、本実施形態に係る半導体装置10と比較して、同様の第1低誘電率領域70が設けられているものの、半導体層50のXY面内方向においてゲート電極20の両側方に第2低誘電率領域71が設けられていない点が異なる。9 is a vertical cross-sectional view showing the cross-sectional configuration of the
図10では、本実施形態に係る半導体装置10における外部成分Cexのシミュレーション結果を実施例として示し、比較例に係る半導体装置12における外部成分Cexのシミュレーション結果を比較例として示す。図10にて示されるように、実施例における外部成分Cexの大きさは、比較例における外部成分Cexの大きさに対して、低減していることがわかる。したがって、本実施形態に係る半導体装置10は、第2低誘電率領域71をさらに設けることで、オフ容量をさらに低減することができることがわかる。
Figure 10 shows the simulation results of the external component Cex in the
ここで、図7に戻って、本実施形態に係る半導体装置10の構成についての説明を再開する。
Now, returning to Figure 7, we resume explaining the configuration of the
図7に示す半導体装置10は、半導体層50の上に、ゲート電極20を覆うように設けられた少なくとも1層以上の絶縁膜80と、少なくとも1層以上の絶縁膜80の上面からゲート電極20の上面に向けて設けられた開口Pとをさらに備える。The
開口Pは、積層方向Zから、少なくとも1層以上の絶縁膜80を平面視した場合に、ゲート電極20に対応する平面領域に設けられる。開口Pは、ソース電極30S、及びドレイン電極30Dの間に設けられるため、開口Pの開口幅WPは、例えば、100nm~1000nm程度となる。The opening P is provided in a planar region corresponding to the
第1低誘電率領域70は、このような開口Pの内部に設けられることが好ましい。また、第2低誘電率領域71は、開口Pと空間的に連続して設けられ、開口Pの内部に設けられた第1低誘電率領域70と空間的に連続して設けられることが好ましい。第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71は、X方向又はY方向のいずれかの方向において、領域の中心が一致するように設けられてもよく、互いに独立した領域に設けられてもよい。The first low dielectric
少なくとも1層以上の絶縁膜80は、エッチングレートの異なる材料でそれぞれ形成された絶縁膜を複数含んで構成されることが好ましい。これによれば、少なくとも1層以上の絶縁膜80は、各々の絶縁膜のエッチングレートの差を用いることで、後述する製造工程にて開口Pのエッチング停止位置を高精度に制御することが可能となる。It is preferable that the at least one insulating
具体的には、少なくとも1層以上の絶縁膜80は、第1絶縁膜81と、第2絶縁膜82と、第3絶縁膜83とを含んで構成され得る。Specifically, at least one insulating
第1絶縁膜81は、ゲート電極20の表面(すなわち、ゲート電極20の上面、及び側面)と、半導体層50の上面とを覆うように設けられる。The first insulating
第2絶縁膜82は、第1絶縁膜81の表面を覆うように設けられる。ただし、第2絶縁膜82は、ゲート電極20の表面(すなわち、ゲート電極20の上面、及び側面)に設けられた第1絶縁膜81の表面には設けられておらず、第1絶縁膜81を第2低誘電率領域71に対して露出させている。これは、後述する製造工程にて説明するように、半導体装置10では、第2絶縁膜82を除去することで、第1絶縁膜81と、第3絶縁膜83との間に第2低誘電率領域71を形成しているためである。The second insulating
第3絶縁膜83は、第2絶縁膜82の表面と第1メタルM1の下面との間に設けられる。第3絶縁膜83は、ゲート電極20を埋め込むように設けられ、第1絶縁膜81との間に第2低誘電率領域71を形成する。The third
ここで、第2絶縁膜82は、第1絶縁膜81、及び第3絶縁膜83を構成する材料とエッチングレートが異なる材料により構成されることが好ましい。例えば、第2絶縁膜82は、窒化シリコン(SiN)膜により構成され、第1絶縁膜81、及び第3絶縁膜83は、窒化シリコン(SiN)とはエッチングレートが異なる酸化シリコン(SiOx)膜により構成されることが好ましい。これによれば、半導体装置10では、第2絶縁膜82をエッチングストッパ層として機能させることで、第3絶縁膜83を貫通して第2絶縁膜82の上面に達する開口Pを容易に形成することができるようになる。また、開口Pを介して、等方的なエッチングを行い、第2絶縁膜82を選択的に除去することで、開口Pの下方に第2低誘電率領域71を容易に形成することができるようになる。
Here, the second insulating
また、少なくとも1層以上の絶縁膜80は、第4絶縁膜84をさらに含んで構成されてもよい。具体的には、第4絶縁膜84は、第3絶縁膜83の上面、及び第1メタルM1の表面(すなわち、第1メタルM1の上面、及び側面)を覆うように設けられてもよい。このような場合、開口Pは、第4絶縁膜84の上面から、第4絶縁膜84、及び第3絶縁膜83を貫通して設けられることになる。第4絶縁膜84は、例えば、酸化シリコン(SiOx)膜により構成され得る。
Furthermore, the at least one insulating
また、少なくとも1層以上の絶縁膜80は、第5絶縁膜85をさらに含んで構成されてもよい。具体的には、第5絶縁膜85は、第4絶縁膜84の上に設けられ、開口Pの上部を閉塞してもよい。第5絶縁膜85は、例えば、酸化シリコン(SiOx)膜により構成され得る。
Furthermore, the at least one insulating
さらに、第5絶縁膜85の上層には、必要に応じて、例えば酸化シリコン(SiOx)膜にて構成される第6絶縁膜86が設けられてもよい。
Furthermore, a sixth insulating
本実施形態に係る半導体装置10では、開口Pの内部の少なくとも一部に第1低誘電率領域70として空隙AG(Air Gap)を設けることができる。例えば、第1低誘電率領域70の空隙AGは、第1低誘電率領域70の下方に、同様に空隙AGとして形成された第2低誘電率領域71と空間的に連続して設けられてもよい。In the
第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71は、第3絶縁膜83、及び第4絶縁膜84を構成する酸化シリコン(SiOx:比誘電率3.9)膜よりも低い比誘電率を有する領域であれば領域内部の構成については特に限定されない。例えば、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71は、空隙AG内部に空気(比誘電率1.0)を含んで構成されてもよく、空隙AG内部が真空となるように構成されてもよい。また、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71は、空隙AG内部の一部又は全部を低誘電率材料で埋め込まれて構成されてもよい。なお、低誘電率材料とは、例えば、比誘電率が3以下の誘電体材料を表す。
The first low dielectric
第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71が空隙AGで構成される場合、空隙AGの上部が第5絶縁膜85により閉塞されることで、空隙AGは、第5絶縁膜85により気密封止される。なお、空隙AGを閉塞する際に、空隙AGの内部に第5絶縁膜85の一部が入り込むことがあり得る。このような場合、第5絶縁膜85は、開口Pの側面又は底面の一部を被覆することになる。
When the first low dielectric
XY面内方向において、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71が形成される幅については特に限定されない。ただし、第1低誘電率領域70が形成される幅は、例えば、積層方向Zに切断した一断面において、ゲート電極20の表面に設けられた第1絶縁膜81の幅より小さくてもよい。具体的には、第1低誘電率領域70の幅W70は、ゲート電極20の上面、及び側面を覆う第1絶縁膜81の幅W81より小さくともよい。In the XY in-plane direction, the width in which the first low dielectric
ゲート電極20の上面、及び側面の第1絶縁膜81の表面に第2絶縁膜82が形成される場合、第1低誘電率領域70の幅W70は、ゲート電極20の上面、及び側面を覆う第1絶縁膜81、及び第2絶縁膜82の幅よりも小さくともよい。また、ゲート電極20の上面、及び側面に第1絶縁膜81が形成されない場合、第1低誘電率領域70の幅W70は、ゲート電極20の幅よりも小さくともよい。When the second insulating
また、第2低誘電率領域71が形成される幅は、積層方向Zに切断した一断面において、ゲート電極20の表面に設けられた第1絶縁膜81の幅よりも大きくともよい。具体的には、第2低誘電率領域71の幅W71は、ゲート電極20の上面、及び側面を覆う第1絶縁膜81の幅W81より大きく、コンタクトプラグ60S,60Dの間の幅より小さくともよい。In addition, the width in which the second low dielectric
ゲート電極20の上面、及び側面の第1絶縁膜81の表面に第2絶縁膜82が形成される場合、第2低誘電率領域71の幅W71は、ゲート電極20の上面、及び側面を覆う第1絶縁膜81、及び第2絶縁膜82の幅よりも大きくともよい。また、ゲート電極20の上面、及び側面に第1絶縁膜81が形成されない場合、第2低誘電率領域71の幅W71は、ゲート電極20の幅よりも大きくともよい。When the second insulating
さらに、図11及び図12を参照して、本実施形態に係る半導体装置10における第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71と、多層配線部90との位置関係について説明する。多層配線部90には、半導体装置10の各電極から取り出した信号を伝達する配線が設けられる。11 and 12, the positional relationship between the first low dielectric
図11は、図7で示した半導体装置10における第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71と、多層配線部90とのZ積層方向の位置関係を示した模式図である。
Figure 11 is a schematic diagram showing the positional relationship in the Z stacking direction between the first low dielectric
図11に示すように、多層配線部90は、例えば、第1配線層91と、第2配線層92とを含む。第1配線層91は、例えば、ソース電極30S、及びドレイン電極30Dを含む第1メタルM1と同層に設けられる。第2配線層92は、第1配線層91の上方に設けられ、例えば、コンタクトプラグ93を介して、第1配線層91と接続される。11, the
半導体装置10における第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71は、半導体層50に導電型不純物を導入することで活性化されたアクティブ領域AAの素子領域AA1の内側に設けられる。一方、多層配線部90は、アクティブ領域AAの内側、かつ素子領域AA1の外側の配線領域AA2の内側に設けられる。素子領域AA1と、配線領域AA2とは、例えば、STI(Shallow Trench Isolation)法にて形成された素子分離層100により分離される。The first low dielectric
なお、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71は、多層配線部90の第1配線層91の各々の間、及び第2配線層92の各々の間に設けられなくともよい。すなわち、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71は、アクティブ領域AAにおける素子領域AA1内の半導体装置10に少なくとも設けられる。In addition, the first low dielectric
図12は、図7で示した半導体装置10における第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71と、多層配線部90とのXY面内方向の位置関係を示した模式図である。
Figure 12 is a schematic diagram showing the positional relationship in the XY plane between the first low dielectric
図12に示すように、アクティブ領域AAの内側には、半導体装置10、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71が設けられる。一方、アクティブ領域AAの外側の素子分離領域ABには、半導体層50に替えて、STI法にて形成された素子分離層100が全面に亘って設けられており、ゲートコンタクトGCが設けられる。12, inside the active area AA, the
より具体的には、アクティブ領域AAには、ゲート電極20のフィンガー部21と、ソース電極30Sのフィンガー部31Sと、ドレイン電極30Dのフィンガー部31Dとが設けられる。More specifically, the active area AA includes
ゲート電極20のフィンガー部21は、一方向(例えば、Y方向)に延伸されて設けられる。ソース電極30Sのフィンガー部31S、及びドレイン電極30Dのフィンガー部31Dは、ゲート電極20のフィンガー部21の延伸方向と平行な方向に延伸して、ゲート電極20のフィンガー部21の両側に設けられる。The
コンタクトプラグ60S,60Dは、ゲート電極20のフィンガー部21の延伸方向と平行な方向に延伸して、ソース電極30Sのフィンガー部31S、及びドレイン電極30Dのフィンガー部31Dの下方に設けられる。The contact plugs 60S, 60D extend in a direction parallel to the extension direction of the
第1低誘電率領域70は、ゲート電極20のフィンガー部21の延伸方向と平行な方向に延伸して、ゲート電極20のフィンガー部21の上に設けられる。また、第2低誘電率領域71は、ゲート電極20のフィンガー部21の延伸方向と平行な方向に延伸して、ゲート電極20のフィンガー部21の側方に設けられる。すなわち、半導体層50をZ積層方向から平面視した際に、第1低誘電率領域70は、XY面内方向においてゲート電極20のフィンガー部21と重畳する領域に設けられ、第2低誘電率領域71は、XY面内方向においてゲート電極20のフィンガー部21の両側の領域に設けられる。The first low dielectric
素子分離領域ABには、ゲート電極20の連結部22と、ソース電極30Sの連結部32Sと、ドレイン電極30Dの連結部32Dとが設けられる。
In the element isolation region AB, a
ゲート電極20の連結部22は、ゲートコンタクトGCに接続される。また、ソース電極30Sの連結部32Sは、図示しないソースコンタクトに接続され、ドレイン電極30Dの連結部32Dは、図示しないドレインコンタクトに接続される。The
ここで、図13~図16を参照して、図12で示す各構成のZ積層方向における断面構成について説明する。図13は、図12のXV-XV線における断面構成を示す縦断面図である。図14は、図12のXVIA-XVIB線における断面構成を示す縦断面図であり、図15は、図12のXVIIB-XVIIC線における断面構成を示す縦断面図であり、図16は、図12のXVIIIC-XVIIID線における断面構成を示す縦断面図である。 Now, with reference to Figures 13 to 16, the cross-sectional configurations in the Z stacking direction of each configuration shown in Figure 12 will be described. Figure 13 is a vertical cross-sectional view showing the cross-sectional configuration taken along line XV-XV in Figure 12. Figure 14 is a vertical cross-sectional view showing the cross-sectional configuration taken along line XVIA-XVIB in Figure 12, Figure 15 is a vertical cross-sectional view showing the cross-sectional configuration taken along line XVIIB-XVIIC in Figure 12, and Figure 16 is a vertical cross-sectional view showing the cross-sectional configuration taken along line XVIIIC-XVIID in Figure 12.
図12に示すように、ゲートコンタクトGCは、STI法によって形成された素子分離層100の上に、ゲート電極20の連結部22と、ゲートコンタクトプラグ24と、ゲートコンタクト層25とを順に設けることで構成され得る。ゲートコンタクトプラグ24は、コンタクトプラグ60S,60Dと同様の構成を備え、コンタクトプラグ60S,60Dと同層に設けられる。ゲートコンタクト層25は、ソース電極30S、及びドレイン電極30Dと同様の構成を備え、ソース電極30S、及びドレイン電極30Dを含む第1メタルM1と同層に設けられる。12, the gate contact GC can be formed by sequentially providing a
図12~図16に示すように、第1低誘電率領域70は、ゲートコンタクトGCを避けて設けられることが好ましい。これは、第1低誘電率領域70がゲートコンタクトGCの連結部22の上に設けられる場合、連結部22の上にゲートコンタクトプラグ24を設けることが困難となるためである。また、ゲートコンタクトGCの連結部22の上に第1低誘電率領域70が設けられない場合、同様に、第2低誘電率領域71も設けられない。また、ゲートコンタクトGCは、ゲート電極20と同様に、少なくとも1層以上の絶縁膜80(すなわち、第1絶縁膜81~第6絶縁膜86)により覆われていることが好ましい。これによれば、ゲートコンタクトGCを露出させずに、少なくとも1層以上の絶縁膜80によってゲートコンタクトGCを保護することができるため、ゲートコンタクトGCの信頼性を維持することが可能となる。As shown in FIGS. 12 to 16, the first low dielectric
(1.3.半導体装置の製造方法)
続いて、図17~図29を参照して、本実施形態に係る半導体装置10の製造方法について説明する。図17~図29は、半導体装置10を製造する各工程を示した縦断面図である。
(1.3. Manufacturing method of semiconductor device)
Next, a method for manufacturing the
まず、図17に示すように、支持基板53の上に埋め込み酸化膜54、及び半導体層50を積層したSOI基板55を用意する。次に、STI法を用いて、SOI基板55の半導体層50に素子分離層100を形成することで、アクティブ領域AA内に素子領域AA1を画定する。17, an
次に、図18に示すように、ゲート絶縁膜23を介して、半導体層50の上にゲート電極20を形成する。Next, as shown in FIG. 18, a
具体的には、例えば、熱酸化法を用いて、酸化シリコン膜からなるインプラスルー膜を形成した後、第2導電型不純物(例えば、ホウ素(B)、又はアルミニウム(Al)等のp型不純物)のウェルインプランテーション、及びチャネルインプランテーションをアクティブ領域AAに行ったのち、インプラスルー膜を除去する。その後、熱酸化法を用いて、例えば、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜23を5nm~15nm程度の厚さで形成する。
Specifically, for example, a thermal oxidation method is used to form an in-through film made of silicon oxide, and then well implantation of a second conductivity type impurity (for example, a p-type impurity such as boron (B) or aluminum (Al)) and channel implantation are performed in the active area AA, and the in-through film is then removed. Then, for example, a
続いて、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、ポリシリコンからなるゲート電極材料膜(図示せず)を半導体層50、及びゲート絶縁膜23の上に100nm~200nm程度の厚さで形成する。次に、フォトリソグラフィ、及びエッチングを用いて、形成したゲート電極材料膜を加工することで、半導体層50の上面にゲート電極20を形成する。Next, a gate electrode material film (not shown) made of polysilicon is formed on the
続いて、図19に示すように、ゲート電極20、及び図示しないオフセットスペーサをマスクとして、第1導電型不純物(例えば、ヒ素(As)又はリン(P)等のn型不純物)のインプランテーションS/D IMPLを行うことで、ゲート電極20の両側の半導体層50にエクステンション領域52S,52Dを形成する。次に、ゲート電極20の両側面に図示しないサイドウォールを形成し、再度、第1導電型不純物のインプランテーションS/D IMPLを行う。これにより、ゲート電極20を挟んで両側の半導体層50にソース領域50S、及びドレイン領域50Dを形成することができる。なお、サイドウォールは、ソース領域50S、及びドレイン領域50Dを形成した後、除去される。19, the
次に、図20に示すように、例えば、CVD法を用いて、酸化シリコンからなる第1絶縁膜81をゲート電極20の表面、及び半導体層50の上面に10nm~100nm程度の厚さで形成する。Next, as shown in FIG. 20, a first insulating
続いて、図21に示すように、例えば、CVD法を用いて、第1絶縁膜81を形成する酸化シリコンとエッチングレートが異なる窒化シリコンからなる第2絶縁膜82を第1絶縁膜81の表面に10nm~100nm程度の厚さで形成する。その後、例えば、CVD法を用いて、酸化シリコンからなる第3絶縁膜83を第2絶縁膜82の上に500nm~1500nm程度の厚さで形成する。21, a second insulating
次に、図22に示すように、フォトリソグラフィ、及びエッチングを用いて、ソース領域50S、及びドレイン領域50Dに対応する位置の第3絶縁膜83、第2絶縁膜82、及び第1絶縁膜81を除去する。これにより、ソース領域50S、及びドレイン領域50Dを露出させるコンタクトホールH1を形成する。コンタクトホールH1は、図12で示したように、ゲート電極20のフィンガー部21の延伸方向と平行な方向に延伸して設けられる。22, the third insulating
続いて、図23に示すように、コンタクトホールH1を介して、高濃度の第1導電型不純物(例えば、ヒ素(As)又はリン(P)等のn型不純物)のインプランテーションCnt IMPLをソース領域50S、及びドレイン領域50Dに行うことにより、半導体層50に低抵抗領域51S,51Dを形成する。Next, as shown in FIG. 23, implantation Cnt IMPL of a high concentration of a first conductivity type impurity (e.g., an n-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P)) is performed into the
次に、図24に示すように、コンタクトホールH1内に、チタン層、窒化チタン層、及びタングステン層を順に積層することで、積層構造を有するコンタクトプラグ60S,60Dを形成する。これにより、コンタクトプラグ60S,60Dは、低抵抗領域51S,51Dを介して、ソース領域50S、及びドレイン領域50Dと電気的に接続することができる。コンタクトプラグ60S,60Dは、図12で示したように、ゲート電極20のフィンガー部21の延伸方向と平行な方向に延伸して設けられる。24, a titanium layer, a titanium nitride layer, and a tungsten layer are sequentially stacked in the contact hole H1 to form contact plugs 60S, 60D having a stacked structure. This allows the contact plugs 60S, 60D to be electrically connected to the
その後、図25に示すように、コンタクトプラグ60S,60Dの上に、第1メタルM1として、アルミニウム(Al)からなるソース電極30S、及びドレイン電極30Dを形成する。ソース電極30Sのフィンガー部31S、及びドレイン電極30Dのフィンガー部31Dは、図12で示したように、ゲート電極20のフィンガー部21の延伸方向と平行な方向に延伸して設けられる。25, a
続いて、図26に示すように、例えば、CVD法を用いて、第3絶縁膜の上面、及び第1メタルM1の表面に酸化シリコンからなる第4絶縁膜84を形成する。Next, as shown in FIG. 26, a fourth insulating
次に、図27に示すように、第4絶縁膜84、及び第3絶縁膜83を貫通し、第2絶縁膜82を露出させる開口Pを形成する。Next, as shown in FIG. 27, an opening P is formed that penetrates the fourth insulating
具体的には、まず、フォトリソグラフィを用いて、低誘電率領域形成用レジスト65をパターニングする。その後、パターニングされた低誘電率領域形成用レジスト65をマスクとするドライエッチングによって、第4絶縁膜84、及び第3絶縁膜83の一部を除去することで、開口Pを形成する。なお、開口Pを形成するエッチングは、異方性の高いドライエッチングにて行われる。このような異方性の高いエッチングを用いることにより、アスペクト比の高い開口Pを所望の領域に高精度で形成することが可能となる。Specifically, first, photolithography is used to pattern the low dielectric constant region forming resist 65. Then, the fourth insulating
ここで、開口Pは、半導体層50のXY面内方向において第1メタルM1の間の領域に設けられる。具体的には、開口Pは、ソース電極30S、及びドレイン電極30Dの間の領域(すなわち、ゲート電極20の上方)に設けられる。開口Pの開口幅WPは、例えば、100nm~1000nm程度である。開口Pの形成において、第2絶縁膜82がエッチングストッパとして機能するため、開口Pのエッチングは、酸化シリコンからなる第4絶縁膜84、及び第3絶縁膜83まで進み、第2絶縁膜82の上面で停止する。この工程で形成された開口Pの内部の空隙AGが第1低誘電率領域70となる。Here, the opening P is provided in the region between the first metal M1 in the XY plane direction of the
続いて、図28に示すように、低誘電率領域形成用レジスト65を残した状態で、開口Pを介して第2絶縁膜82の一部をエッチングすることで、第1メタルM1の間に設けられた空隙AGと連続する空隙AGをゲート電極20の側方に形成する。なお、第2絶縁膜82の一部を除去するエッチングは、等方的なドライエッチング、又はウェットエッチング等を用いて行われる。このような等方的なエッチングを用いることにより、ゲート電極20の上面、及び側面に設けられた第2絶縁膜82を効率的にエッチングし、より広い領域に空隙AGを形成することができる。28, while leaving the low dielectric constant region forming resist 65, a portion of the second insulating
この工程において、第2絶縁膜82を除去することで形成された空隙AGが第2低誘電率領域71となる。すなわち、ゲート電極20の上方に第1低誘電率領域70となる空隙AGが形成され、ゲート電極20の側方に第2低誘電率領域71となる空隙AGが形成されるため、半導体装置10は、オフ容量の外部成分をさらに低減することができる。In this process, the void AG formed by removing the second insulating
次に、図29に示すように、低誘電率領域形成用レジスト65を剥離した後、例えば、空隙AG内部への埋め込み性が低い条件のCVD法を用いて、第4絶縁膜84の上に酸化シリコンからなる第5絶縁膜85を形成する。このような条件のCVD法では、第5絶縁膜85は、開口Pの上部にオーバーハングしながら堆積する。これによれば、開口Pの内部が第5絶縁膜85にて埋め込まれる前に、開口Pの上部が第5絶縁膜85にて閉塞されるため、開口Pの内部に気密封止された空隙AGが形成される。このとき、開口Pの側面、及びゲート電極20を覆う第1絶縁膜81の上面は、開口Pの内部に入り込んだ第5絶縁膜85で被覆されてもよい。29, after the resist 65 for forming the low dielectric constant region is peeled off, a fifth insulating
空隙AGは、第3絶縁膜83、第4絶縁膜84、及び第5絶縁膜85を形成する酸化シリコン(比誘電率3.9)よりも比誘電率が低いため、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71として機能する。空隙AGの内側は、真空であってもよく、空気(比誘電率1.0)が存在してもよい。または、空隙AGの内側は、第3絶縁膜83、第4絶縁膜84、及び第5絶縁膜85を形成する酸化シリコン(比誘電率3.9)よりも比誘電率が低い材料で埋め込まれていてもよい。
The void AG has a lower dielectric constant than the silicon oxide (dielectric constant 3.9) that forms the third insulating
以上の工程により、XY面内方向において第1メタルM1の間、かつZ積層方法において第1メタルM1の下面よりも下方の少なくともいずれかの領域を含む第1低誘電率領域70と、XY面内方向においてコンタクトプラグ60S,60Dとゲート電極20との間、かつZ積層方法において第1低誘電率領域70よりも下方の少なくともいずれかの領域を含む第2低誘電率領域71とに対応する領域に空隙AGが設けられることになる。このとき、第1低誘電率領域70の空隙AGと、第2低誘電率領域71の空隙AGとは、空間的に連続して形成される。Through the above steps, a gap AG is provided in a region corresponding to a first low dielectric
その後、第5絶縁膜85の上に、必要に応じて第6絶縁膜86が形成されることで、図7に示した半導体装置10が形成される。なお、図示しないが、第5絶縁膜85の上に、第1メタルM1、及び第4絶縁膜84と同様に、金属層、及び絶縁膜の形成を順次行うことで、第2メタルM2、さらには第3メタルM3を形成することも可能である。7 is formed on the fifth insulating
以上にて説明したように、半導体装置10は、上述した領域に第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71を設けることにより、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D、及び第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1を低減することができる。したがって、半導体装置10は、オフ容量の外部成分Cexを低減することができる。これによれば、半導体装置10は、オン抵抗とオフ容量との積(Ron*Coff)を低減することができるため、高周波スイッチの重要な特性である低損失化を促進することが可能となる。As described above, the
また、半導体装置10では、第1低誘電率領域70は、Z積層方向において第1メタルM1の下面と上面との間の領域、及び第1メタルM1の上面よりも上方の領域にもさらに延伸して設けられてもよい。このような場合、半導体装置10は、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D、及び第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1をさらに低減することが可能となる。In addition, in the
さらに、半導体装置10は、エッチングレートが異なる材料でそれぞれ形成された絶縁膜を含む少なくとも1層以上の絶縁膜80を半導体層50の上に設けて構成されることが好ましい。これによれば、半導体装置10では、各絶縁膜によるエッチングレートの差を用いて、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71の形成に用いられる開口Pのエッチング停止位置を高精度に制御することが可能となる。したがって、本実施形態によれば、半導体装置10をより安定的かつ高い信頼性にて製造することが可能となる。Furthermore, the
なお、図7等の縦断面図にて示した開口Pにおける第5絶縁膜85の埋め込み状態、並びに開口Pの側面、及びゲート電極20を覆う第1絶縁膜81の上面への被覆状態は、あくまで例示であって、本実施形態に係る半導体装置10の構造を限定するものではない。Note that the embedding state of the fifth insulating
<2.第2の実施形態>
次に、図30を参照して、本開示の第2の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図30は、本実施形態に係る半導体装置10Aの断面構成を示す縦断面図である。図30は、図7と同様に、図6のVII-VII線における断面構成を示す。
2. Second embodiment
Next, the configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 30. Fig. 30 is a vertical cross-sectional view showing the cross-sectional configuration of a
図30に示すように、本実施形態に係る半導体装置10Aは、図7で示す半導体装置10に対して、開口Pを介して行われる第2絶縁膜82の等方的なエッチングの範囲を拡大させることで、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71となる空隙AGを拡大させている点が異なる。As shown in FIG. 30, the
具体的には、半導体装置10Aでは、第2絶縁膜82に加えてゲート電極20の上面を覆う第1絶縁膜81、さらに開口Pの側面の第3絶縁膜83、及び第4絶縁膜84を除去することで、より広い範囲に空隙AGを形成することができる。これによれば、半導体装置10Aは、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D又は第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1などを含むオフ容量の外部成分Cexをさらに低減することが可能である。Specifically, in the
本実施形態に係る半導体装置10Aでは、開口Pの開口幅WPが拡大するため、開口Pの側面、及び底面(すなわち、ゲート電極20の上面)には、図7で示す半導体装置10よりも厚い膜厚の第5絶縁膜85が堆積することがあり得る。このとき、開口Pの底面に堆積した第5絶縁膜85は、等方的なエッチングによって開口Pの内部に露出したゲート電極20の上面を保護する機能を奏する。In the
なお、第1の実施形態でも言及したが、図30で示した開口Pにおける第5絶縁膜85の埋め込み状態、並びに開口Pの側面、及びゲート電極20の上面への被覆状態は、あくまで例示であって、本実施形態に係る半導体装置10Aの構造を限定するものではない。As mentioned in the first embodiment, the state of filling the opening P with the fifth insulating
<3.第3の実施の形態>
続いて、図31を参照して、本開示の第3の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図31は、本実施形態に係る半導体装置10Bの断面構成を示す縦断面図である。図31は、図7と同様に、図6のVII-VII線における断面構成を示す。
3. Third embodiment
Next, the configuration of a semiconductor device according to a third embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 31. Fig. 31 is a vertical cross-sectional view showing the cross-sectional configuration of a
図31に示すように、本実施形態に係る半導体装置10Bは、第1低誘電率領域70となる空隙AGの幅W70を図7で示す半導体装置10と同程度としつつ、第2低誘電率領域71となる空隙AGを図30で示す半導体装置10Aよりも拡大することができる。As shown in Figure 31, the
具体的には、半導体装置10Bでは、開口Pを形成する際に用いる低誘電率領域形成用レジスト65の開口幅をより狭くすることで、より狭い開口幅WPを有する開口Pを形成する。その上で、半導体装置10Bは、開口Pを介して行われる第2絶縁膜82の等方的なエッチングの範囲を拡大し、第2絶縁膜82に加えてゲート電極20の上面及び側面を覆う第1絶縁膜81、さらに開口Pの側面の第3絶縁膜83、及び第4絶縁膜84を除去することで、より広い範囲に空隙AGを形成することができる。Specifically, in
開口Pを介した第1絶縁膜81、第2絶縁膜82、第3絶縁膜83、及び第4絶縁膜84の等方的なエッチングは、空隙AGを拡大するために長時間行われるため、開口Pの開口幅WPはエッチング前後で広がってしまう。本実施形態に係る半導体装置10Bでは、あらかじめ開口幅WPを狭くして開口Pを形成しているため、空隙AGを形成するエッチングにて開口Pの開口幅WPが過度に広がり、第5絶縁膜85による開口Pの上部の閉塞が困難となることを防止することができる。
The isotropic etching of the first insulating
なお、半導体装置10Bでは、空隙AGを形成するための等方的なエッチングは、半導体層50が露出しないようにエッチング量を制御して行われる。具体的には、空隙AGを形成するための等方的なエッチングは、半導体層50の上面に設けられた第1絶縁膜81が消失しない程度にエッチング量を制御して行われる。これは、ゲート絶縁膜23の近傍の半導体層50が露出したり、ゲート絶縁膜23がサイドエッチングされたりした場合、ゲート長、及び閾値電圧のばらつきが大きくなる可能性があるためである。In the
半導体装置10Bでは、第2絶縁膜82に加えてゲート電極20の上面及び側面を覆う第1絶縁膜81、さらに開口Pの側面の第3絶縁膜83、及び第4絶縁膜84を除去することで、さらに広い範囲に空隙AGを形成することができる。これによれば、半導体装置10Bは、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D又は第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1などを含むオフ容量の外部成分Cexをさらに低減することが可能である。In the
本実施形態に係る半導体装置10Bでは、開口Pの開口幅WPが図7で示す半導体装置10と同程度であるため、開口Pの側面、及び底面(すなわち、ゲート電極20の上面)に堆積する第5絶縁膜85の膜厚を薄くすることができる。これによれば、半導体装置10Bは、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71となる空隙AGが過度に第5絶縁膜85によって埋め込まれてしまうことを抑制することができる。In the
なお、第1の実施形態でも言及したが、図31で示した開口Pにおける第5絶縁膜85の埋め込み状態、並びに開口Pの側面、及びゲート電極20の上面への被覆状態は、あくまで例示であって、本実施形態に係る半導体装置10Bの構造を限定するものではない。As mentioned in the first embodiment, the embedding state of the fifth insulating
<4.第4の実施の形態>
次に、図32を参照して、本開示の第4の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図32は、本実施形態に係る半導体装置10Cの断面構成を示す縦断面図である。図32は、図7と同様に、図6のVII-VII線における断面構成を示す。
4. Fourth embodiment
Next, the configuration of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 32. Fig. 32 is a longitudinal sectional view showing the cross-sectional configuration of a semiconductor device 10C according to this embodiment. Fig. 32 shows the cross-sectional configuration taken along line VII-VII in Fig. 6, similar to Fig. 7.
図32に示すように、本実施形態に係る半導体装置10Cは、図7で示す半導体装置10に対して、開口Pの一部が第5絶縁膜85にて埋め込まれることで、第1低誘電率領域70と、第2低誘電率領域71とが空間的に連続しておらず孤立している点が異なる。As shown in FIG. 32, the semiconductor device 10C of this embodiment differs from the
具体的には、半導体装置10Cでは、開口Pの上部を閉塞する第5絶縁膜85を形成する際に、埋め込み性が高い条件のCVD法にて第5絶縁膜85を成膜することで、開口Pの内部により多くの第5絶縁膜85を堆積させる。これにより、半導体装置10Cは、開口Pの側面、及び底面(すなわち、第1絶縁膜81の上面)に堆積された第5絶縁膜85を結合させ、第1低誘電率領域70と、第2低誘電率領域71とを互いに分離することができる。これにより、第1低誘電率領域70は、ゲート電極20の上方に設けられ、第2低誘電率領域71は、ゲート電極20の側面を囲むように互いに離隔して設けられる。Specifically, in the semiconductor device 10C, when forming the fifth insulating
したがって、本実施形態に係る半導体装置10Cのような構成であっても、図7で示す半導体装置10と同様に、半導体装置10Cは、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D又は第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1などを含むオフ容量の外部成分Cexを低減することが可能である。Therefore, even with a configuration such as that of the semiconductor device 10C of this embodiment, like the
なお、第1の実施形態でも言及したが、図32で示した開口Pにおける第5絶縁膜85の埋め込み状態、並びに開口Pの側面、及び第1絶縁膜81の上面への被覆状態は、あくまで例示であって、本実施形態に係る半導体装置10Cの構造を限定するものではない。As mentioned in the first embodiment, the embedding state of the fifth insulating
<5.第5の実施の形態>
続いて、図33を参照して、本開示の第5の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図33は、本実施形態に係る半導体装置10Dの断面構成を示す縦断面図である。図33は、図7と同様に、図6のVII-VII線における断面構成を示す。
<5. Fifth embodiment>
Next, the configuration of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 33. Fig. 33 is a longitudinal sectional view showing a cross-sectional configuration of a
図33に示すように、本実施形態に係る半導体装置10Dは、図7で示す半導体装置10に対して、開口Pが第5絶縁膜85にて埋め込まれることで、第1低誘電率領域70に対応する領域が第5絶縁膜85にて埋め込まれている点が異なる。As shown in FIG. 33, the
具体的には、半導体装置10Dでは、開口Pの上部を閉塞する第5絶縁膜85を形成する際に、開口Pの埋め込み性が高い条件のCVD法にて第5絶縁膜85を成膜することで、開口Pの第1絶縁膜81の上面から開口面にかけての領域を第5絶縁膜85にて埋め込む。これにより、第1メタルM1の下面より下方、かつ第1絶縁膜81の上面よりも上方の開口Pは、第5絶縁膜85で埋め込まれる。しかしながら、第5絶縁膜85を第3絶縁膜83、及び第4絶縁膜84よりも比誘電率が低い材料で形成することで、図7で示す半導体装置10と同様に、上記領域を第1低誘電率領域70として機能させることができる。また、第2低誘電率領域71は、ゲート電極20の側面を囲む空隙AGにて構成される。Specifically, in the
したがって、本実施形態に係る半導体装置10Dのような構成であっても、図7で示す半導体装置10と同様に、半導体装置10Dは、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D又は第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1などを含むオフ容量の外部成分Cexを低減することが可能である。Therefore, even with a configuration such as that of the
なお、第1の実施形態でも言及したが、図33で示した開口Pにおける第5絶縁膜85の埋め込み状態は、あくまで例示であって、本実施形態に係る半導体装置10Dの構造を限定するものではない。As mentioned in the first embodiment, the embedded state of the fifth insulating
<6.第6の実施の形態>
次に、図34を参照して、本開示の第6の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図34は、本実施形態に係る半導体装置10Eの断面構成を示す縦断面図である。図34は、図7と同様に、図6のVII-VII線における断面構成を示す。
6. Sixth embodiment
Next, the configuration of a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 34. Fig. 34 is a vertical cross-sectional view showing the cross-sectional configuration of a
図34に示すように、本実施形態に係る半導体装置10Eは、図33で示す半導体装置10Dに対して、流動性を有する材料の塗布によって第5絶縁膜85を形成している点が異なる。具体的には、半導体装置10Eでは、低誘電体膜であるSOG(Spin On Glass)、若しくは有機樹脂膜の塗布成膜、又は有機樹脂膜の貼り付け成膜を用いて、第5絶縁膜85を形成することで、開口Pの上部を閉塞する。SOG及び有機樹脂は流動性が高いため、開口面から開口Pの第1絶縁膜81の上面にかけての領域をCVD法よりも容易に第5絶縁膜85にて埋め込むことができる。34, the
これにより、第1メタルM1の下面より下方、かつ第1絶縁膜81の上面よりも上方の開口Pは、低誘電体膜であるSOG又は有機樹脂からなる第5絶縁膜85で埋め込まれるため、図7で示す半導体装置10と同様に、第1低誘電率領域70として機能することができる。また、第2低誘電率領域71は、ゲート電極20の側面を囲む空隙AGにて構成される。As a result, the opening P below the lower surface of the first metal M1 and above the upper surface of the first insulating
したがって、本実施形態に係る半導体装置10Eのような構成であっても、図7で示す半導体装置10と同様に、半導体装置10Eは、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D又は第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1などを含むオフ容量の外部成分Cexを低減することが可能である。Therefore, even with a configuration such as that of the
なお、第1の実施形態でも言及したが、図34で示した開口Pにおける第5絶縁膜85の埋め込み状態は、あくまで例示であって、本実施形態に係る半導体装置10Eの構造を限定するものではない。As mentioned in the first embodiment, the embedded state of the fifth insulating
<7.第7の実施形態>
続いて、図35を参照して、本開示の第7の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図35は、本実施形態に係る半導体装置10Fの断面構成を示す縦断面図である。図35は、図7と同様に、図6のVII-VII線における断面構成を示す。
7. Seventh embodiment
Next, the configuration of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 35. Fig. 35 is a longitudinal sectional view showing a cross-sectional configuration of a
図35に示すように、本実施形態に係る半導体装置10Fは、図7で示す半導体装置10に対して、第4絶縁膜84と第5絶縁膜85との間に設けられた第2メタルM2と、第2メタルM2の表面、及び第4絶縁膜84の上面を覆う第7絶縁膜87とがさらに設けられている点が異なる。As shown in FIG. 35, the
具体的には、半導体装置10Fでは、第4絶縁膜84は、第1メタルM1、及び第1メタルM1の上面に設けられたコンタクトプラグ61を埋め込んで設けられる。また、第4絶縁膜84の上には、コンタクトプラグ61を介して第1メタルM1と接続する第2メタルM2が設けられ、第2メタルM2の表面、及び第4絶縁膜の上面には、第7絶縁膜87が設けられる。開口Pは、第7絶縁膜87の上面から形成されており、第7絶縁膜87の上に設けられた第5絶縁膜85によって上部を閉塞される。Specifically, in the
第2メタルM2、第7絶縁膜87、及びコンタクトプラグ61を構成する材料は、それぞれ第1メタルM1、第4絶縁膜84、及びコンタクトプラグ60S,60Dと実質的に同様であるため、ここでの説明は省略する。
The materials constituting the second metal M2, the seventh insulating
本実施形態に係る半導体装置10Fでは、第1メタルM1の上に設けられる第2メタルM2の間にも空隙AGからなる第1低誘電率領域70を延伸させることができる。これによれば、半導体装置10Fは、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D又は第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1に加えて、ゲート電極20と第2メタルM2との間の容量Cg、及び第2メタルM2の間に生じる容量CMM2を低減することが可能である。したがって、半導体装置10Fは、これらの容量を含むオフ容量の外部成分Cexを低減することが可能である。In the
なお、第1の実施形態でも言及したが、図35で示した開口Pにおける第5絶縁膜85の埋め込み状態、並びに開口Pの側面、及び第1絶縁膜81の上面への被覆状態は、あくまで例示であって、本実施形態に係る半導体装置10Fの構造を限定するものではない。As mentioned in the first embodiment, the embedding state of the fifth insulating
<8.適用例>
さらに、図36を参照して、本開示の第1~第7の実施形態に係る半導体装置の適用例である無線通信装置の構成について説明する。図36は、無線通信装置の構成の一例を示す模式図である。
8. Application Examples
Furthermore, a configuration of a wireless communication device, which is an application example of the semiconductor device according to the first to seventh embodiments of the present disclosure, will be described with reference to Fig. 36. Fig. 36 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the wireless communication device.
図36に示すように、無線通信装置3は、例えば、アンテナANTと、高周波スイッチ1と、高電力増幅器HPAと、高周波集積回路RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)と、ベースバンド部BBと、音声出力部MICと、データ出力部DTと、インタフェース部I/F(例えば、無線LAN(Wireless Local Area Network:W-LAN)、Bluetooth(登録商標)など)とを備える。無線通信装置3は、例えば、音声、データ通信、及びLAN(Local Area Network)接続などの多機能を有する携帯電話システムに用いられる高周波モジュールである。As shown in FIG. 36, the
高周波スイッチ1は、第1~第7の実施形態に係る半導体装置10、10A~10Fのいずれかを含んで構成される。The
無線通信装置3の送信系から送信信号をアンテナANTへ出力する場合(すなわち、送信時)、無線通信装置3は、ベースバンド部BBから出力される送信信号を高周波集積回路RFIC、高電力増幅器HPA、及び高周波スイッチ1を介してアンテナANTへと出力する。When a transmission signal is output from the transmission system of the
一方、アンテナANTで受信した受信信号を無線通信装置3の受信系へ入力させる場合(すなわち、受信時)、無線通信装置3は、高周波スイッチ1、及び高周波集積回路RFICを介して、受信信号をベースバンド部BBに入力する。ベースバンド部BBで処理された受信信号は、音声出力部MIC、データ出力部DT、又はインタフェース部I/Fなどの出力部から出力される。On the other hand, when the signal received by the antenna ANT is input to the receiving system of the wireless communication device 3 (i.e., during reception), the
以上、第1~第7の実施形態を挙げて本開示に係る技術を説明したが、本開示に係る技術は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。The technology related to the present disclosure has been explained above using the first to seventh embodiments, but the technology related to the present disclosure is not limited to the above embodiments and various modifications are possible.
例えば、上記実施形態では、第1導電型不純物は、ヒ素(As)又はリン(P)等のn型不純物であり、第2導電型不純物は、ホウ素(B)、又はアルミニウム(Al)等のp型不純物であるとしたが、これらの導電型は逆であってもよい。すなわち、第1導電型不純物は、ホウ素(B)、又はアルミニウム(Al)等のp型不純物であり、第2導電型不純物は、ヒ素(As)又はリン(P)等のn型不純物であってもよい。For example, in the above embodiment, the first conductivity type impurity is an n-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P), and the second conductivity type impurity is a p-type impurity such as boron (B) or aluminum (Al), but these conductivity types may be reversed. That is, the first conductivity type impurity may be a p-type impurity such as boron (B) or aluminum (Al), and the second conductivity type impurity may be an n-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P).
例えば、上記実施形態では、本開示に係る技術の実施形態として、高周波スイッチ1、電界効果トランジスタ等の半導体装置10、及び無線通信装置3の構成を具体的に挙げて説明したが、これらは、図示した構成要素を全て備えるものに限定されるものではなく、一部の構成要素を他の構成要素に置換することも可能である。For example, in the above embodiment, specific configurations of a high-
また、上記実施形態では、半導体装置10を無線通信装置3の高周波スイッチ1に適用する例を説明したが、半導体装置10は、高周波スイッチ(RF-SW)のほか、PA(Power Amplifier)などの他の高周波デバイスにも適用可能である。
In addition, in the above embodiment, an example was described in which the
さらに、上記実施形態において説明した各層の形状、材料、及び厚み、又は成膜方法等は上記に限定されるものではなく、他の形状、材料、及び厚みとしてもよく、又は他の成膜方法としてもよい。 Furthermore, the shapes, materials, thicknesses, and film formation methods of each layer described in the above embodiments are not limited to those described above, and other shapes, materials, and thicknesses, or other film formation methods may be used.
各実施形態で説明した構成および動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。たとえば、各実施形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素は、任意の構成要素として理解されるべきである。Not all of the configurations and operations described in each embodiment are necessarily essential to the configurations and operations of the present disclosure. For example, among the components in each embodiment, any components that are not described in an independent claim that represents the highest concept of the present disclosure should be understood as optional components.
本明細書および添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。そして、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施の形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。Terms used throughout this specification and the appended claims should be construed as "open-ended" terms. For example, the terms "including" or "including" should be construed as "not limited to what is described as including." The term "having" should be construed as "not limited to what is described as having." And, it will be apparent to one skilled in the art that modifications can be made to the embodiments of the present disclosure without departing from the scope of the appended claims.
本明細書で使用した用語には、単に説明の便宜のために用いたものであって、構成および動作を限定したものではないものが含まれる。たとえば、「右」、「左」、「上」、「下」といった用語は、参照している図面上での方向を示しているにすぎない。また、「内側」、「外側」という用語は、それぞれ、注目要素の中心に向かう方向、注目要素の中心から離れる方向を示す。これらに類似する用語や同様の趣旨の用語についても同様である。The terms used in this specification include those used merely for convenience of explanation and do not limit the configuration and operation. For example, terms such as "right," "left," "upper," and "lower" merely indicate directions in the drawings to which reference is being made. Furthermore, the terms "inner" and "outer" indicate directions toward and away from the center of the focused element, respectively. The same applies to terms similar to these and terms of a similar meaning.
なお、本開示にかかる技術は、以下のような構成を取ることも可能である。以下の構成を備える本開示にかかる技術によれば、電界効果トランジスタのオフ容量を低減することができる。本開示にかかる技術が奏する効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。
(1)
ゲート電極と、
前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を有する半導体層と、
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の上にそれぞれ設けられたコンタクトプラグと、
前記コンタクトプラグの各々の上に積層された第1メタルと、
前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第1低誘電率領域と、
前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第2低誘電率領域と
を備え、
前記第2低誘電率領域は、前記第1低誘電率領域が設けられる平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に設けられる、半導体装置。
(2)
前記第1低誘電率領域は、前記積層方向において前記第1メタルの上面と下面との間の少なくともいずれかの領域にさらに延伸して設けられる、前記(1)に記載の半導体装置。
(3)
前記第1低誘電率領域は、前記積層方向において前記第1メタルの上面よりも上方の少なくともいずれかの領域にさらに延伸して設けられる、前記(2)に記載の半導体装置。
(4)
前記第2低誘電率領域は、前記第1低誘電率領域と連続して設けられる、前記(1)~(3)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(5)
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、それぞれ空隙を含み、
前記第1低誘電率領域に含まれる空隙と、前記第2低誘電率領域に含まれる空隙とは連続して設けられる、前記(4)に記載の半導体装置。
(6)
前記ゲート電極を覆うように前記半導体層の上に設けられた1層以上の絶縁膜と、
前記1層以上の絶縁膜の上面から、前記ゲート電極に対応する平面領域に設けられた開口と
をさらに備え、
前記第1低誘電率領域は、前記開口の内部に設けられる、前記(1)~(5)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(7)
前記1層以上の絶縁膜は、エッチングレートが異なる材料でそれぞれ形成された絶縁膜を含む、前記(6)に記載の半導体装置。
(8)
前記1層以上の絶縁膜は、
前記ゲート電極の表面、及び前記半導体層の表面を覆う第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の表面を覆う第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜の表面と前記第1メタルの下面との間に設けられた第3絶縁膜と
を含み、
前記第1絶縁膜は、前記第2絶縁膜の材料とは異なるエッチングレートの材料で形成される、前記(7)に記載の半導体装置。
(9)
前記積層方向の一断面において、前記第1低誘電率領域の幅は、前記ゲート電極の表面に設けられた前記第1絶縁膜の幅よりも小さい、前記(8)に記載の半導体装置。
(10)
前記開口は、前記ゲート電極の上の前記第3絶縁膜を少なくとも貫通して設けられる、前記(8)又は(9)に記載の半導体装置。
(11)
前記開口は、前記ゲート電極の上の前記第2絶縁膜、又は前記第2絶縁膜及び前記第1絶縁膜をさらに貫通して設けられる、前記(10)に記載の半導体装置。
(12)
前記1層以上の絶縁膜は、前記第3絶縁膜の上面、及び前記第1メタルの表面を覆う第4絶縁膜をさらに含み、
前記開口は、前記第4絶縁膜の上面から設けられる、前記(10)又は(11)に記載の半導体装置。
(13)
前記1層以上の絶縁膜は、前記第4絶縁膜の上に設けられた第5絶縁膜をさらに含み、
前記第5絶縁膜は、前記開口の上部を閉塞する、前記(12)に記載の半導体装置。
(14)
前記第4絶縁膜と前記第5絶縁膜との間に設けられた第2メタルをさらに備え、
前記1層以上の絶縁膜は、前記第4絶縁膜の上面、及び前記第2メタルの表面を覆う第7絶縁膜をさらに含み、
前記開口は、前記第7絶縁膜の上面から設けられる、前記(13)に記載の半導体装置。
(15)
前記第5絶縁膜は、前記開口の側面の少なくとも一部を被覆する、前記(13)又は(14)に記載の半導体装置。
(16)
前記第5絶縁膜は、前記第3絶縁膜、及び前記第4絶縁膜を形成する材料よりも誘電率が低い材料にて形成されており、
前記第1低誘電率領域は、前記第5絶縁膜にて埋め込まれた前記開口の少なくとも一部を含む、前記(13)~(15)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(17)
前記1層以上の絶縁膜は、
前記ゲート電極の表面、及び前記半導体層の表面を覆う第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の表面を覆う第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜の表面と前記第1メタルの下面との間に設けられた第3絶縁膜と、
前記第3絶縁膜の上面、及び前記第1メタルの表面を覆う第4絶縁膜と、
前記第4絶縁膜の上に設けられ、前記開口を閉塞する第5絶縁膜と
を含み、
前記第2低誘電率領域は、前記積層方向において、前記第1絶縁膜、前記第2絶縁膜、又は前記第3絶縁膜の少なくともいずれかが形成された領域に設けられた空隙を含む、前記(6)に記載の半導体装置。
(18)
前記第2低誘電率領域に含まれる空隙は、前記第1絶縁膜の少なくとも一部を露出させる、前記(17)に記載の半導体装置。
(19)
前記第2低誘電率領域に含まれる空隙は、前記半導体層の表面に設けられた前記第1絶縁膜を露出させる、前記(18)に記載の半導体装置。
(20)
前記第2低誘電率領域に含まれる空隙は、前記ゲート電極の少なくとも一部をさらに露出させる、前記(19)に記載の半導体装置。
(21)
前記第2低誘電率領域に含まれる空隙は、前記第4絶縁膜の上面から前記ゲート電極の上の前記第3絶縁膜を少なくとも貫通して設けられる前記開口と連続して設けられる、前記(17)~(20)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(22)
前記第5絶縁膜は、前記第2低誘電率領域に含まれる空隙の側面、又は底面の少なくとも一部を被覆する、前記(21)に記載の半導体装置。
(23)
前記積層方向の一断面において、前記第2低誘電率領域が設けられた領域の幅は、前記ゲート電極の表面に設けられた前記第1絶縁膜の幅よりも大きい、前記(17)~(22)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(24)
前記第5絶縁膜は、前記第3絶縁膜、及び前記第4絶縁膜を形成する材料よりも誘電率が低い材料にて形成されており、
前記第2低誘電率領域は、前記第5絶縁膜にて埋め込まれた領域を含む、前記(17)~(23)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(25)
前記ゲート電極は、前記面内方向に一方向に延伸されて設けられ、
前記コンタクトプラグ、前記第1メタル、前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記面内方向において、前記ゲート電極の延伸方向と平行方向に延伸されて設けられる、前記(1)~(24)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(26)
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記面内方向において、前記ゲート電極の延伸方向と交差する方向に延伸されて設けられる、前記(25)に記載の半導体装置。
(27)
前記ゲート電極は、同一方向に延伸された複数のフィンガー部と、前記複数のフィンガー部を連結する連結部とを含み、
前記第1低誘電率領域は、前記フィンガー部の上方、又は前記連結部の少なくとも一部の上方に設けられ、
前記第2低誘電率領域は、前記フィンガー部の側壁、又は前記連結部の少なくとも一部の側壁に設けられる、前記(1)~(26)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(28)
前記面内方向において、
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域を含む素子領域と、
多層配線部を有し、素子分離層によって前記素子領域と区画される配線領域と、
が設けられ、
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記素子領域内に設けられる、前記(1)~(27)のいずれか一項請求項1に記載の半導体装置。
(29)
前記面内方向において、
前記素子領域、及び前記配線領域を含むアクティブ領域と、
前記素子分離層を含み、前記アクティブ領域の外側に設けられた素子分離領域と、
が設けられ、
前記素子分離領域の前記素子分離層の上には、前記ゲート電極と接続されたゲートコンタクトが設けられ、
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記ゲートコンタクトを回避して設けられる、前記(28)に記載の半導体装置。
(30)
高周波デバイス用の電界効果トランジスタとして用いられる、前記(1)~(29)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(31)
半導体層の上面側にゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に、前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を形成する工程と、
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の各々の上にコンタクトプラグを形成する工程と、
前記コンタクトプラグの各々の上に第1メタルを積層する工程と、
前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に第1低誘電率領域を形成する工程と、
前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に第2低誘電率領域を形成する工程と
を含み、
前記第1低誘電率領域が形成される平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に前記第2低誘電率領域を形成する、半導体装置の製造方法。
The technology according to the present disclosure may also have the following configuration. According to the technology according to the present disclosure having the following configuration, it is possible to reduce the off-capacitance of a field-effect transistor. The effects achieved by the technology according to the present disclosure are not necessarily limited to the effects described herein, and may be any of the effects described in the present disclosure.
(1)
A gate electrode;
a semiconductor layer having a source region and a drain region with the gate electrode therebetween;
contact plugs provided on the source region and the drain region, respectively;
a first metal layer deposited on each of the contact plugs;
a first low dielectric constant region provided between the first metals in an in-plane direction of the semiconductor layer and in at least one region below a lower surface of the first metal in a stacking direction of the semiconductor layer;
a second low dielectric constant region provided in at least any region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and below the first low dielectric constant region in the stacking direction;
The second low dielectric constant region is provided in a planar region at least partially different from a planar region in which the first low dielectric constant region is provided.
(2)
The semiconductor device according to (1), wherein the first low dielectric constant region is further extended to at least any region between an upper surface and a lower surface of the first metal in the stacking direction.
(3)
The semiconductor device according to (2), wherein the first low dielectric constant region is further extended to at least any region above an upper surface of the first metal in the stacking direction.
(4)
The semiconductor device according to any one of (1) to (3), wherein the second low dielectric constant region is provided contiguous with the first low dielectric constant region.
(5)
the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region each include a gap;
The semiconductor device according to (4), wherein the void included in the first low dielectric constant region and the void included in the second low dielectric constant region are provided continuously.
(6)
one or more insulating layers provided on the semiconductor layer so as to cover the gate electrode;
an opening provided in a planar region corresponding to the gate electrode from an upper surface of the one or more insulating films;
The semiconductor device according to any one of (1) to (5), wherein the first low dielectric constant region is provided inside the opening.
(7)
The semiconductor device according to (6), wherein the one or more insulating layers include insulating layers each formed of a material having a different etching rate.
(8)
The one or more insulating layers are
a first insulating film covering a surface of the gate electrode and a surface of the semiconductor layer;
a second insulating film covering a surface of the first insulating film;
a third insulating film provided between a surface of the second insulating film and a lower surface of the first metal;
The semiconductor device according to (7), wherein the first insulating film is made of a material having an etching rate different from that of the second insulating film.
(9)
The semiconductor device according to (8), wherein in one cross section in the stacking direction, the width of the first low dielectric constant region is smaller than the width of the first insulating film provided on a surface of the gate electrode.
(10)
The semiconductor device according to (8) or (9), wherein the opening is provided at least penetrating the third insulating film on the gate electrode.
(11)
The semiconductor device according to (10), wherein the opening is provided through the second insulating film above the gate electrode, or through the second insulating film and the first insulating film.
(12)
the one or more insulating layers further include a fourth insulating layer covering an upper surface of the third insulating layer and a surface of the first metal;
The semiconductor device according to (10) or (11), wherein the opening is provided from an upper surface of the fourth insulating film.
(13)
the one or more insulating layers further include a fifth insulating layer provided on the fourth insulating layer;
The semiconductor device according to (12), wherein the fifth insulating film closes an upper portion of the opening.
(14)
a second metal provided between the fourth insulating film and the fifth insulating film;
the one or more insulating layers further include a seventh insulating layer covering an upper surface of the fourth insulating layer and a surface of the second metal;
The semiconductor device according to (13), wherein the opening is provided from an upper surface of the seventh insulating film.
(15)
The semiconductor device according to (13) or (14), wherein the fifth insulating film covers at least a part of a side surface of the opening.
(16)
the fifth insulating film is formed of a material having a lower dielectric constant than materials forming the third insulating film and the fourth insulating film,
The semiconductor device according to any one of (13) to (15), wherein the first low dielectric constant region includes at least a portion of the opening filled with the fifth insulating film.
(17)
The one or more insulating layers are
a first insulating film covering a surface of the gate electrode and a surface of the semiconductor layer;
a second insulating film covering a surface of the first insulating film;
a third insulating film provided between a surface of the second insulating film and a lower surface of the first metal;
a fourth insulating film covering an upper surface of the third insulating film and a surface of the first metal;
a fifth insulating film provided on the fourth insulating film and closing the opening;
The semiconductor device according to (6), wherein the second low dielectric constant region includes a void provided in a region in the stacking direction where at least one of the first insulating film, the second insulating film, or the third insulating film is formed.
(18)
The semiconductor device according to (17), wherein the void included in the second low dielectric constant region exposes at least a portion of the first insulating film.
(19)
The semiconductor device according to (18), wherein the void included in the second low dielectric constant region exposes the first insulating film provided on a surface of the semiconductor layer.
(20)
The semiconductor device according to (19), wherein the void included in the second low dielectric constant region further exposes at least a portion of the gate electrode.
(21)
The semiconductor device according to any one of (17) to (20), wherein the void included in the second low dielectric constant region is continuous with the opening provided from an upper surface of the fourth insulating film through at least the third insulating film above the gate electrode.
(22)
The semiconductor device according to (21), wherein the fifth insulating film covers at least a portion of a side surface or a bottom surface of a gap included in the second low dielectric constant region.
(23)
The semiconductor device according to any one of (17) to (22), wherein in a cross section in the stacking direction, a width of a region in which the second low dielectric constant region is provided is larger than a width of the first insulating film provided on a surface of the gate electrode.
(24)
the fifth insulating film is formed of a material having a lower dielectric constant than materials forming the third insulating film and the fourth insulating film,
The semiconductor device according to any one of (17) to (23), wherein the second low dielectric constant region includes a region buried in the fifth insulating film.
(25)
the gate electrode is provided extending in one direction in the in-plane direction,
The semiconductor device according to any one of (1) to (24), wherein the contact plug, the first metal, the first low dielectric constant region, and the second low dielectric constant region are provided extending in the in-plane direction parallel to the extension direction of the gate electrode.
(26)
The semiconductor device according to (25), wherein the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region are provided extending in the in-plane direction in a direction intersecting an extension direction of the gate electrode.
(27)
the gate electrode includes a plurality of finger portions extending in the same direction and a connecting portion connecting the plurality of finger portions,
the first low dielectric constant region is provided above the finger portion or above at least a part of the coupling portion;
The semiconductor device according to any one of (1) to (26), wherein the second low dielectric constant region is provided on a side wall of the finger portion or on at least a part of a side wall of the coupling portion.
(28)
In the in-plane direction,
an element region including the source region and the drain region;
a wiring region having a multi-layer wiring portion and separated from the element region by an element isolation layer;
is established,
28. The semiconductor device according to
(29)
In the in-plane direction,
an active region including the element region and the wiring region;
an isolation region including the isolation layer and disposed outside the active region;
is established,
a gate contact connected to the gate electrode is provided on the element isolation layer in the element isolation region;
The semiconductor device according to (28), wherein the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region are provided so as to avoid the gate contact.
(30)
The semiconductor device according to any one of (1) to (29) above, which is used as a field effect transistor for a high frequency device.
(31)
forming a gate electrode on an upper surface side of the semiconductor layer;
forming a source region and a drain region in the semiconductor layer with the gate electrode therebetween;
forming a contact plug on each of the source region and the drain region;
depositing a first metal on each of the contact plugs;
forming a first low dielectric constant region between the first metals in an in-plane direction of the semiconductor layer and in at least one region below a lower surface of the first metal in a stacking direction of the semiconductor layer;
forming a second low dielectric constant region in at least any region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and below the first low dielectric constant region in the stacking direction;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming the second low dielectric constant region in a planar region at least partially different from a planar region in which the first low dielectric constant region is formed.
本出願は、日本国特許庁において2019年6月20日に出願された日本国特許出願番号第2019-114339号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-114339, filed on June 20, 2019 in the Japan Patent Office, the entire contents of which are incorporated herein by reference.
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範疇に含まれるものであることが理解される。 It will be understood that those skilled in the art may consider various modifications, combinations, subcombinations, and variations depending on design requirements and other factors, which are intended to fall within the scope of the appended claims and their equivalents.
Claims (34)
前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を有する半導体層と、
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の上にそれぞれ設けられたコンタクトプラグと、
前記コンタクトプラグの各々の上に積層された第1メタルと、
前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第1低誘電率領域と、
前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第2低誘電率領域と
を備え、
前記第2低誘電率領域は、前記第1低誘電率領域と連続して設けられると共に、前記第1低誘電率領域が設けられる平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に設けられる
半導体装置。 A gate electrode;
a semiconductor layer having a source region and a drain region with the gate electrode therebetween;
contact plugs provided on the source region and the drain region, respectively;
a first metal layer deposited on each of the contact plugs;
a first low dielectric constant region provided between the first metals in an in-plane direction of the semiconductor layer and in at least one region below a lower surface of the first metal in a stacking direction of the semiconductor layer;
a second low dielectric constant region provided in at least any region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and below the first low dielectric constant region in the stacking direction;
the second low dielectric constant region is provided contiguous with the first low dielectric constant region and is provided in a planar region at least partially different from a planar region in which the first low dielectric constant region is provided.
前記第1低誘電率領域に含まれる空隙と、前記第2低誘電率領域に含まれる空隙とは連続して設けられる、請求項1に記載の半導体装置。 the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region each include a gap;
2 . The semiconductor device according to claim 1 , wherein the void included in said first low dielectric constant region and the void included in said second low dielectric constant region are provided continuously with each other.
前記1層以上の絶縁膜の上面から、前記ゲート電極に対応する平面領域に設けられた開口と
をさらに備え、
前記第1低誘電率領域は、前記開口の内部に設けられる、請求項1に記載の半導体装置。 one or more insulating layers provided on the semiconductor layer so as to cover the gate electrode;
an opening provided in a planar region corresponding to the gate electrode from an upper surface of the one or more insulating films;
The semiconductor device according to claim 1 , wherein said first low dielectric constant region is provided inside said opening.
前記ゲート電極の表面、及び前記半導体層の表面を覆う第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の表面を覆う第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜の表面と前記第1メタルの下面との間に設けられた第3絶縁膜と
を含み、
前記第1絶縁膜は、前記第2絶縁膜の材料とは異なるエッチングレートの材料で形成される、請求項6に記載の半導体装置。 The one or more insulating layers are
a first insulating film covering a surface of the gate electrode and a surface of the semiconductor layer;
a second insulating film covering a surface of the first insulating film;
a third insulating film provided between a surface of the second insulating film and a lower surface of the first metal;
7. The semiconductor device according to claim 6 , wherein said first insulating film is made of a material having an etching rate different from that of said second insulating film.
前記開口は、前記第4絶縁膜の上面から設けられる、請求項9に記載の半導体装置。 the one or more insulating layers further include a fourth insulating layer covering an upper surface of the third insulating layer and a surface of the first metal;
The semiconductor device according to claim 9 , wherein the opening is provided from an upper surface of the fourth insulating film.
前記第5絶縁膜は、前記開口の上部を閉塞する、請求項11に記載の半導体装置。 the one or more insulating layers further include a fifth insulating layer provided on the fourth insulating layer;
The semiconductor device according to claim 11 , wherein the fifth insulating film closes an upper portion of the opening.
前記1層以上の絶縁膜は、前記第4絶縁膜の上面、及び前記第2メタルの表面を覆う第7絶縁膜をさらに含み、
前記開口は、前記第7絶縁膜の上面から設けられる、請求項12に記載の半導体装置。 a second metal provided between the fourth insulating film and the fifth insulating film;
the one or more insulating layers further include a seventh insulating layer covering an upper surface of the fourth insulating layer and a surface of the second metal;
The semiconductor device according to claim 12 , wherein the opening is provided from an upper surface of the seventh insulating film.
前記第1低誘電率領域は、前記第5絶縁膜にて埋め込まれた前記開口の少なくとも一部を含む、請求項12に記載の半導体装置。 the fifth insulating film is formed of a material having a lower dielectric constant than materials forming the third insulating film and the fourth insulating film,
13. The semiconductor device according to claim 12 , wherein said first low dielectric constant region includes at least a portion of said opening filled with said fifth insulating film.
前記ゲート電極の表面、及び前記半導体層の表面を覆う第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の表面を覆う第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜の表面と前記第1メタルの下面との間に設けられた第3絶縁膜と、
前記第3絶縁膜の上面、及び前記第1メタルの表面を覆う第4絶縁膜と、
前記第4絶縁膜の上に設けられ、前記開口を閉塞する第5絶縁膜と
を含み、
前記第2低誘電率領域は、前記積層方向において、前記第1絶縁膜、前記第2絶縁膜、又は前記第3絶縁膜の少なくともいずれかが形成された領域に設けられた空隙を含む、請求項5に記載の半導体装置。 The one or more insulating layers are
a first insulating film covering a surface of the gate electrode and a surface of the semiconductor layer;
a second insulating film covering a surface of the first insulating film;
a third insulating film provided between a surface of the second insulating film and a lower surface of the first metal;
a fourth insulating film covering an upper surface of the third insulating film and a surface of the first metal;
a fifth insulating film provided on the fourth insulating film and closing the opening;
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the second low dielectric constant region includes a void provided in a region in which at least one of the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film is formed in the stacking direction .
前記第2低誘電率領域は、前記第5絶縁膜にて埋め込まれた領域を含む、請求項16に記載の半導体装置。 the fifth insulating film is formed of a material having a lower dielectric constant than materials forming the third insulating film and the fourth insulating film,
17. The semiconductor device according to claim 16 , wherein said second low dielectric constant region includes a region buried in said fifth insulating film.
前記コンタクトプラグ、前記第1メタル、前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記面内方向において、前記ゲート電極の延伸方向と平行方向に延伸されて設けられる、請求項1に記載の半導体装置。 the gate electrode is provided extending in one direction in the in-plane direction,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the contact plug, the first metal, the first low dielectric constant region, and the second low dielectric constant region are provided extending in the in-plane direction parallel to an extension direction of the gate electrode.
前記第1低誘電率領域は、前記フィンガー部の上方、又は前記連結部の少なくとも一部の上方に設けられ、
前記第2低誘電率領域は、前記フィンガー部の側壁、又は前記連結部の少なくとも一部の側壁に設けられる、請求項1に記載の半導体装置。 the gate electrode includes a plurality of finger portions extending in the same direction and a connecting portion connecting the plurality of finger portions,
the first low dielectric constant region is provided above the finger portion or above at least a part of the coupling portion;
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the second low dielectric constant region is provided on a sidewall of the finger portion or on at least a part of a sidewall of the coupling portion.
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域を含む素子領域と、
多層配線部を有し、素子分離層によって前記素子領域と区画される配線領域と、
が設けられ、
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記素子領域内に設けられる、請求項1に記載の半導体装置。 In the in-plane direction,
an element region including the source region and the drain region;
a wiring region having a multi-layer wiring portion and separated from the element region by an element isolation layer;
was established,
The semiconductor device according to claim 1 , wherein said first low dielectric constant region and said second low dielectric constant region are provided in said element region.
前記素子領域、及び前記配線領域を含むアクティブ領域と、
前記素子分離層を含み、前記アクティブ領域の外側に設けられた素子分離領域と、
が設けられ、
前記素子分離領域の前記素子分離層の上には、前記ゲート電極と接続されたゲートコンタクトが設けられ、
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記ゲートコンタクトを回避して設けられる、請求項27に記載の半導体装置。 In the in-plane direction,
an active region including the element region and the wiring region;
an isolation region including the isolation layer and disposed outside the active region;
was established,
a gate contact connected to the gate electrode is provided on the element isolation layer in the element isolation region;
28. The semiconductor device according to claim 27 , wherein the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region are provided so as to avoid the gate contact.
前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を有する半導体層と、a semiconductor layer having a source region and a drain region with the gate electrode therebetween;
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の上にそれぞれ設けられたコンタクトプラグと、contact plugs provided on the source region and the drain region, respectively;
前記コンタクトプラグの各々の上に積層された第1メタルと、a first metal layer deposited on each of the contact plugs;
前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第1低誘電率領域と、a first low dielectric constant region provided between the first metals in an in-plane direction of the semiconductor layer and in at least one region below a lower surface of the first metal in a stacking direction of the semiconductor layer;
前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第2低誘電率領域と、a second low dielectric constant region provided in at least any region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and below the first low dielectric constant region in the stacking direction;
前記ゲート電極を覆うように前記半導体層の上に設けられた1層以上の絶縁膜と、one or more insulating layers provided on the semiconductor layer so as to cover the gate electrode;
前記1層以上の絶縁膜の上面から、前記ゲート電極に対応する平面領域に設けられた開口とan opening provided in a planar region corresponding to the gate electrode from the upper surface of the one or more insulating films;
を備え、Equipped with
前記第1低誘電率領域は、前記開口の内部に設けられ、the first low dielectric constant region is provided inside the opening,
前記第2低誘電率領域は、前記第1低誘電率領域が設けられる平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に設けられ、the second low dielectric constant region is provided in a planar region at least partially different from a planar region in which the first low dielectric constant region is provided,
前記1層以上の絶縁膜は、The one or more insulating layers are
前記ゲート電極の表面、及び前記半導体層の表面を覆う第1絶縁膜と、a first insulating film covering a surface of the gate electrode and a surface of the semiconductor layer;
前記第1絶縁膜の表面を覆う第2絶縁膜と、a second insulating film covering a surface of the first insulating film;
前記第2絶縁膜の表面と前記第1メタルの下面との間に設けられた第3絶縁膜とa third insulating film provided between a surface of the second insulating film and a lower surface of the first metal;
を含み、Including,
前記第1絶縁膜は、前記第2絶縁膜の材料とは異なるエッチングレートの材料で形成され、the first insulating film is formed of a material having an etching rate different from that of the second insulating film;
前記開口は、前記ゲート電極の上の前記第3絶縁膜を少なくとも貫通すると共に、前記第2絶縁膜、又は前記第2絶縁膜及び前記第1絶縁膜をさらに貫通して設けられる、the opening is provided to penetrate at least the third insulating film on the gate electrode and further penetrate the second insulating film or the second insulating film and the first insulating film;
半導体装置。Semiconductor device.
前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を有する半導体層と、a semiconductor layer having a source region and a drain region with the gate electrode therebetween;
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の上にそれぞれ設けられたコンタクトプラグと、contact plugs provided on the source region and the drain region, respectively;
前記コンタクトプラグの各々の上に積層された第1メタルと、a first metal layer deposited on each of the contact plugs;
前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第1低誘電率領域と、a first low dielectric constant region provided between the first metals in an in-plane direction of the semiconductor layer and in at least one region below a lower surface of the first metal in a stacking direction of the semiconductor layer;
前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第2低誘電率領域と、a second low dielectric constant region provided in at least any region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and below the first low dielectric constant region in the stacking direction;
前記ゲート電極を覆うように前記半導体層の上に設けられた1層以上の絶縁膜と、one or more insulating layers provided on the semiconductor layer so as to cover the gate electrode;
前記1層以上の絶縁膜の上面から、前記ゲート電極に対応する平面領域に設けられた開口とan opening provided in a planar region corresponding to the gate electrode from the upper surface of the one or more insulating films;
を備え、Equipped with
前記第1低誘電率領域は、前記開口の内部に設けられ、the first low dielectric constant region is provided inside the opening,
前記第2低誘電率領域は、前記第1低誘電率領域が設けられる平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に設けられ、the second low dielectric constant region is provided in a planar region at least partially different from a planar region in which the first low dielectric constant region is provided,
前記1層以上の絶縁膜は、The one or more insulating layers are
前記ゲート電極の表面、及び前記半導体層の表面を覆う第1絶縁膜と、a first insulating film covering a surface of the gate electrode and a surface of the semiconductor layer;
前記第1絶縁膜の表面を覆う第2絶縁膜と、a second insulating film covering a surface of the first insulating film;
前記第2絶縁膜の表面と前記第1メタルの下面との間に設けられた第3絶縁膜と、a third insulating film provided between a surface of the second insulating film and a lower surface of the first metal;
前記第3絶縁膜の上面、及び前記第1メタルの表面を覆う第4絶縁膜と、a fourth insulating film covering an upper surface of the third insulating film and a surface of the first metal;
前記第4絶縁膜の上に設けられ、前記開口を閉塞する第5絶縁膜とa fifth insulating film provided on the fourth insulating film and closing the opening;
を含み、Including,
前記第2低誘電率領域は、前記積層方向において、前記第1絶縁膜、前記第2絶縁膜、又は前記第3絶縁膜の少なくともいずれかが形成された領域に設けられた空隙を含み、the second low dielectric constant region includes a gap provided in a region in which at least one of the first insulating film, the second insulating film, or the third insulating film is formed in the stacking direction;
前記第2低誘電率領域に含まれる空隙は、前記第4絶縁膜の上面から前記ゲート電極の上の前記第3絶縁膜を少なくとも貫通して設けられる前記開口と連続して設けられる、the void included in the second low dielectric constant region is provided continuously with the opening provided at least penetrating the third insulating film on the gate electrode from an upper surface of the fourth insulating film;
半導体装置。Semiconductor device.
前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を有する半導体層と、a semiconductor layer having a source region and a drain region with the gate electrode therebetween;
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の上にそれぞれ設けられたコンタクトプラグと、contact plugs provided on the source region and the drain region, respectively;
前記コンタクトプラグの各々の上に積層された第1メタルと、a first metal layer deposited on each of the contact plugs;
前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第1低誘電率領域と、a first low dielectric constant region provided between the first metals in an in-plane direction of the semiconductor layer and in at least one region below a lower surface of the first metal in a stacking direction of the semiconductor layer;
前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第2低誘電率領域とa second low dielectric constant region provided in at least any region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and below the first low dielectric constant region in the stacking direction;
を備え、Equipped with
前記第2低誘電率領域は、前記第1低誘電率領域が設けられる平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に設けられ、the second low dielectric constant region is provided in a planar region at least partially different from a planar region in which the first low dielectric constant region is provided,
前記ゲート電極は、前記面内方向に一方向に延伸されて設けられ、the gate electrode is provided extending in one direction in the in-plane direction,
前記コンタクトプラグ、前記第1メタル、前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記面内方向において、前記ゲート電極の延伸方向と平行方向に延伸されて設けられ、the contact plug, the first metal, the first low dielectric constant region, and the second low dielectric constant region are provided extending in the in-plane direction in a direction parallel to an extension direction of the gate electrode,
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記面内方向において、前記ゲート電極の延伸方向と交差する方向に延伸されて設けられる、the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region are provided extending in the in-plane direction in a direction intersecting an extension direction of the gate electrode;
半導体装置。Semiconductor device.
前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を有する半導体層と、a semiconductor layer having a source region and a drain region with the gate electrode therebetween;
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の上にそれぞれ設けられたコンタクトプラグと、contact plugs provided on the source region and the drain region, respectively;
前記コンタクトプラグの各々の上に積層された第1メタルと、a first metal layer deposited on each of the contact plugs;
前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第1低誘電率領域と、a first low dielectric constant region provided between the first metals in an in-plane direction of the semiconductor layer and in at least one region below a lower surface of the first metal in a stacking direction of the semiconductor layer;
前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第2低誘電率領域とa second low dielectric constant region provided in at least any region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and below the first low dielectric constant region in the stacking direction;
を備え、Equipped with
前記第2低誘電率領域は、前記第1低誘電率領域が設けられる平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に設けられ、the second low dielectric constant region is provided in a planar region at least partially different from a planar region in which the first low dielectric constant region is provided,
前記面内方向において、In the in-plane direction,
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域を含む素子領域と、an element region including the source region and the drain region;
多層配線部を有し、素子分離層によって前記素子領域と区画される配線領域と、a wiring region having a multi-layer wiring portion and separated from the element region by an element isolation layer;
が設けられ、was established,
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記素子領域内に設けられ、the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region are provided in the element region,
前記素子領域、及び前記配線領域を含むアクティブ領域と、an active region including the element region and the wiring region;
前記素子分離層を含み、前記アクティブ領域の外側に設けられた素子分離領域と、an isolation region including the isolation layer and disposed outside the active region;
が設けられ、was established,
前記素子分離領域の前記素子分離層の上には、前記ゲート電極と接続されたゲートコンタクトが設けられ、a gate contact connected to the gate electrode is provided on the element isolation layer in the element isolation region;
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記ゲートコンタクトを回避して設けられる、the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region are provided to avoid the gate contact;
半導体装置。Semiconductor device.
前記半導体層に、前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を形成する工程と、
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の各々の上にコンタクトプラグを形成する工程と、
前記コンタクトプラグの各々の上に第1メタルを積層する工程と、
前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に第1低誘電率領域を形成する工程と、
前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に第2低誘電率領域を形成する工程と
を含み、
前記第1低誘電率領域が形成される平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に前記第1低誘電率領域と連続するように前記第2低誘電率領域を形成する、半導体装置の製造方法。 forming a gate electrode on an upper surface side of the semiconductor layer;
forming a source region and a drain region in the semiconductor layer with the gate electrode therebetween;
forming a contact plug on each of the source region and the drain region;
depositing a first metal on each of the contact plugs;
forming a first low dielectric constant region between the first metals in an in-plane direction of the semiconductor layer and in at least one region below a lower surface of the first metal in a stacking direction of the semiconductor layer;
forming a second low dielectric constant region in at least any region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and below the first low dielectric constant region in the stacking direction;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming the second low dielectric constant region in a planar region at least partially different from a planar region in which the first low dielectric constant region is formed, so as to be continuous with the first low dielectric constant region .
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